Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Au Canada, le cancer de la prostate (CaP) est le type de cancer le plus courant chez les hommes. Environ 30% des patients atteints de CaP développent une récidive après la chirurgie ou la radiothérapie, et pour laquelle il n'existe toujours pas de traitement curatif. Il est connu que le récepteur aux androgènes (AR) remplit des fonctions oncogéniques importantes pour la progression de cette maladie. Il a aussi été découvert qu'AR met en place une reprogrammation du métabolisme tumoral dans les cellules de CaP de façon à soutenir leur prolifération excessive. Dans le cadre de mon doctorat, j'ai cherché à mieux comprendre la reprogrammation du métabolisme cellulaire qui s'établit dans le CaP afin de trouver de nouvelles vulnérabilités métaboliques et de déterminer le potentiel thérapeutique y étant associé. Une synthèse des connaissances actuelles centrées autour du métabolisme cellulaire dans le CaP a permis de comprendre d'une part qu'AR contrôle simultanément plusieurs voies cataboliques et anaboliques pour promouvoir une production et une consommation d'énergie visant à stimuler la prolifération tumorale. D'autre part, les données suggèrent un rôle potentiel de l'enzyme cytoplasmique isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) dans les cellules de CaP. Les profils d'expression et d'activité des IDH ont montré qu'IDH1 est prédominante dans le CaP et qu'elle est spécifiquement stimulée par les androgènes. Par analyse de flux extracellulaires, il est montré à l'aide d'outils génétiques et pharmacologiques qu'IDH1 contribue de façon significative à la respiration mitochondriale dans le CaP. Les niveaux de métabolites obtenus par chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS) montrent que l'activité d'IDH1 est essentielle à l'activation AR-dépendante du cycle de Krebs dans les cellules de CaP, spécifiquement à la stimulation du flux de carbones du pyruvate issu de la glycolyse. Ces données indiquent que les cellules de CaP utilisent un cycle de Krebs non-conventionnel combinant un sentier hybride entre la mitochondrie et le cytoplasme afin d'effectuer la respiration mitochondriale et produire de l'énergie. Finalement, le blocage d'IDH1 réduit la prolifération dans des lignées cellulaires de CaP, ralentit la croissance tumorale in vivo, et diminue la croissance d'organoïdes de cancer provenant de la prostate de patients atteints de CaP. Ces données démontrent qu'IDH1 représente une vulnérabilité métabolique potentiellement exploitable au niveau clinique pour traiter plus efficacement les patients atteints de CaP. / In Canada, prostate cancer (PCa) is the most common type of cancer in men. About 30% of PCa patients develop recurrence following surgery or radiotherapy, and for which no curative treatments are currently available. It is known that the androgen receptor (AR) plays important oncogenic functions in the progression of this disease. It has also been discovered that AR drives a reprogramming of tumor metabolism in PCa cells to support their excessive proliferation. In my doctoral work, I sought to better comprehend the reprogramming of cell metabolism that occurs in PCa to identify novel metabolic vulnerabilities and determine their therapeutic potential. A review of the current knowledge centered around cell metabolism in PCa has allowed to understand on one hand that AR simultaneously controls several catabolic and anabolic pathways to promote the production and the consumption of energy to induce the proliferation of tumor cells. On the other hand, the data suggest a potential role of the cytoplasmic isocitrate dehydrogenase 1 (IDH1) enzyme in PCa cells. The IDH expression and activity profiles have shown that IDH1 is predominant in PCa and that it is specifically stimulated by androgens. By extracellular flux analysis, it is shown using genetic and pharmacological tools that IDH1 significantly contributes to the mitochondrial respiration in PCa. The metabolite levels obtained using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) shows that IDH1 activity is essential for AR-dependent activation of the Krebs cycle in PCa cells, specifically for stimulating the carbon flux from glycolysis-derived pyruvate. These data indicate that PCa cells use an unconventional Krebs cycle combining a hybrid pathway between the mitochondria and the cytoplasm to perform mitochondrial respiration and produce energy. Finally, the IDH1 blockade reduces proliferation of PCa cell lines, slows tumor growth in vivo, and decreases the growth of cancer organoids generated from the prostate of PCa patients. These data demonstrate that IDH1 represents a potentially key metabolic vulnerability in this disease that could be exploited clinically to treat PCa patients more effectively.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La méthode clinique pour le calcul de dose lors des traitements de curiethérapie considère le patient comme un volume d'eau infini (formalisme TG43). Cette approximation s'avère incorrecte, en particulier pour les photons de faible énergie présents en curiethérapie par implant permanent de la prostate. Des études ont montré que des différences allant jusqu'à 25-30% sur les indices dosimétriques cliniques sont observées dans les cas de calcifications de la prostate lorsque l'anatomie du patient est prise en compte dans une simulation Monte Carlo (MC) (formalisme TG186). Compte tenu des différences constatées entre les dosimétries TG43 et TG186 pour la curiethérapie par implant permanent de la prostate, l'objectif de ce travail est de recalculer rétrospectivement les distributions de dose à partir du formalisme TG186 pour tous les patients ayant reçu un traitement au CHU de Québec. Pour ce faire, un pipeline automatisé de recalcul de dose basé sur les bonnes pratiques de gestion des données est construit, validé et appliqué sur une cohorte de 960 patients. Une base de données de 960 patients a été construite et les cas de calcifications ont été identifiés. Un pipeline automatisé a été conçu pour recalculer les distributions de doses par simulations MC propres à l'anatomie du patient (TG186). Le pipeline extrait et reproduit automatiquement le context du traitment, contenu dans les données cliniques, dans la simulation de Monte Carlo. Le pipeline de recalcul a été validé en reproduisant les calculs du TG43 et en évaluant la cohérence des simulations MC TG186 effectuées avec deux codes MC différents. Appliquées à l'ensemble de la cohorte de patients, les distributions MC produites ont pu reproduire les résultats observés dans des études antérieures, tel qu'une diminution de 2,57 % sur le D90 de la prostate pour chaque % du volume de prostate calcifiée. L'ensemble des données de dose MC produites constitue donc une ressource clé pour les futures études dosimétriques qui viseraient à corréler la dose précise délivrée au patient à l'efficacité du traitement de curiethérapie. / The current clinical method used to calculate the dose during brachytherapy treatments considers the patient as an infinite water volume (TG43 formalism). This approximation is mostly accurate when using high-energy photons. That is not the case for low-energy photons used in permanent implant prostate brachytherapy. Studies have shown that differences of up to 25-30% on clinical metrics can be observed in cases with prostate calcifications when taking into account the patient anatomy with Monte Carlo (MC) simulations (TG186 formalism). Considering the differences found between TG43 and TG186 dosimetry for permanent implant prostate brachytherapy, the objective of this work was to retrospectively recalculate the dose distributions using the TG186 formalism for all patients having received permanent implant prostate brachytherapy at CHU de Québec. To do so, an automated dose recalculation pipeline based on the best data management practices is built, validated, and applied to a 960-patient cohort. A curated database of 960 patients was built with calcification cases identified. An automated pipeline has been built to recalculate patient-specific dose distributions (TG186). The pipeline extracts and reproduces the treatment context within a MC simulation. The recalculation pipeline was validated by reproducing the TG43 calculations using MC simulation in the same conditions and the consistency of the patient-specific MC simulations was evaluated between simulations made with two different MC codes. When applied to the entire patient cohort, the produced MC distributions could reproduce the results seen in previous studies, such as a diminution of 2.57% on the D90 of the prostate for each % of the prostate volume being calcifications. The produced MC dose dataset constitutes a key resource for future dosimetric studies that would aim to correlate the accurate delivered dose to the patient to the efficiency of the brachytherapy treatment.

Le cancer de la prostate (PCa) est le cancer le plus diagnostiqué chez l'homme et reste une des principales causes de décès par cancer chez l'homme. Même si des rémissions sont souvent observées pendant 18 à 36 mois à la suite des traitements les plus courants, la plupart des patients développeront une résistance et évolueront vers un PCa résistant à la castration (CRPC) qui présente un véritable défi thérapeutique. Dans ce contexte, le développement de nouvelles approches moléculaires sélectives contre les stades résistants de la maladie sont grandement requises. Face à ce besoin urgent, le laboratoire du Pr Biron a récemment découvert des composés prometteurs à la suite du criblage d'une chimiothèque de dérivés 1,4-benzodiazépin-3-ones polysubstitués contre des lignées de cellules cancéreuses. Le composé le plus prometteur nommé SIVB3 a démontré une activité antiproliférative *in vitro* et *in vivo* sur la lignée cellulaire CRPC PC-3. De plus, le SIVB3 a démontré une bonne stabilité métabolique ainsi qu'une bonne biodisponibilité et aucune toxicité dans le modèle de la membrane chorioallantoïque (CAM) d'embryons de poulet. Dans le but d'améliorer les propriétés pharmacologiques du SIVB3, l'objectif du projet de recherche était de synthétiser et de cribler une chimiothèque d'analogues du SIVB3 pour réaliser une étude structure-activité (RSA) et identifier les groupements essentiels à son activité. Les méthodes de synthèse Ugi-deFmoc-SNAr ainsi que celle Pictet-Spengler-Buchwald-Hartwig ont été utilisées pour produire une série d'analogues du SIVB3. Grâce àces méthodes, une chimiothèque de 48 analogues du SIVB3 a été produite. L'activité antiproliférative des dérivés a été évaluée sur les cellules PC3 par la méthode de microtitration en plaque 96 puits à la résazurine. Plusieurs de ces composés ont démontré une activité antiproliférative améliorée sur les cellules PC3 par rapport au SIVB3. / Prostate cancer (PCa) is the most diagnosed cancer in men and remains a leading cause of cancer death in men. Although remissions are often observed for 18 to 36 months following the most common treatments, most patients will develop resistance and progress to castration resistant PCa (CRPC), which is associated with a poor prognosis and presents a true therapeutic challenge. Despite recent advances in care, CRPC remains a major medical problem and the development of new selective molecular approaches against resistant stages of the disease is greatly needed. Faced with urgent needs for new molecular approaches, Dr. Biron's laboratory recently discovered promising compounds following the screening of a chemical library of polysubstituted 1,4-benzodiazepin-3-one derivatives against cancer cell lines. The most promising compound, named SIVB3, demonstrated antiproliferative activity *in vitro* and *in vivo* on the CRPC PC-3 cell line. Furthermore, SIVB3 demonstrated good metabolic stability as well as good bioavailability and no toxicity in the chorioallantoic membrane (CAM) model of chicken embryos. With the aim of improving the pharmacological properties of SIVB3, the objective of the research project was to synthesize and screen a chemical library of SIVB3 analogues to carry out a structure-activity study (RSA) and identify the groups essential for the activity. The Ugi-deFmoc-SNAr synthesis method developed was used to produce a first series of polysubstituted 1,4-benzodiazepin-3-one analogs of SIVB3. Then, a new synthesis approach by Pictet-Spengler reaction coupled with a Buchwald-Hartwig reaction was also used to generate new analogues. All analogs were purified by HPLC and characterized by mass spectrometry (MS). Using these methods, a chemical library of 48 SIVB3 analogues was produced. The antiproliferative activity of the derivatives was evaluated on PC3 cells by the resazurin 96-well plate microtitration method. Several of these compounds demonstrated enhanced antiproliferative activity on PC3 cells compared to SIVB3.

Le cancer de la prostate (CaP) est caractérisé par un microenvironnement tumoral immunosuppresseur qui inhibe l'immunité antitumorale. Le traitement avec des immunomodulateurs, comme les cytokines (e.g. IL-12), pourrait modifier la réponse immunitaire. Cependant, l'administration systémique d'immunomodulateurs peut provoquer des toxicités. Pour éviter cela, les immunomodulateurs pourraient être produits dans la tumeur par un adénovirus assurant l'expression du transgène spécifiquement au CaP. Notre laboratoire a construit un tel adénovirus codant pour l'IL-12 murin (mIL-12) sous le contrôle du promoteur PCA3 et d'un système d'amplification appelé TSTA. Il a été démontré que cet adénovirus, nommé Adv-PCA3-TSTA-mIL-12, réduisait la croissance des tumeurs de prostate TRAMP-C2 chez les souris C57BL/6. Ici, nous avons cherché à vérifier un possible effet synergique de l'activation d'OX40 pour améliorer la réponse observée avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. OX40 murin (mOX40), ainsi que son ligand (mOX40L), sont des points de contrôle immunitaires qui appartiennent à la superfamille des Tumor Necrosis Factors. Pour atteindre cet objectif, nous avons proposé deux approches. Dans la première, nous avons cherché à produire un Adv-PCA3-TSTA-mOX40L afin de l'utiliser en combinaison avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. L'Adv-PCA3-TSTA-mOX40L a été construit, mais sa capacité à induire l'expression de mOX40L dans les cellules TRAMP-C2 n'a pas encore été confirmée. Dans la seconde, un anticorps monoclonal (AcMo) agoniste anti-mOX40 serait administré en combinaison avec l'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. Pour tester cette approche, des cellules TRAMP-C2 ont été implantées chez des souris et les tumeurs ont été traitées par injections d'Adv-PCA3-TSTA-mIL-12 seules ou en association avec des injections de AcMo anti-mOX40 ou anti-mPD-1, comme comparateur. Les résultats n'ont montré aucun effet synergique significatif des combinaisons. Les cellules immunitaires infiltrant les tumeurs ont montré peu de changements significatifs, à l'exception d'une diminution des cellules CD8⁺PD-1⁺ dans les tumeurs traitées avec les anti-mOX40 ou anti-mPD-1. La combinaison de la stimulation d'OX40 avec l'Adv-PCA3-TSTA-IL-12 ne semble pas avoir d'effet synergique. Des combinaisons plus efficaces devraient être recherchées. / Prostate cancer (PCa) is characterized by an immunosuppressive tumor microenvironment that inhibits antitumor immunity. Treatment with immunomodulators, such as cytokines (e.g., IL-12), could modify the immune response. However, systemic administration of immunomodulators can cause toxicities. To avoid these toxicities, the immunomodulators could be produced locally in the tumor using an adenoviral vector able to ensure PCa-specific expression of the transgene. Our laboratory previously constructed such an adenovirus encoding the murine IL-12 (mIL-12) under the control of the PCa-specific promoter PCA3 and an amplification system called TSTA. This adenovirus, named Adv-PCA3-TSTA-mIL-12, was shown to reduce the growth of TRAMP-C2 prostate tumor in C57BL/6 mice. Here, we aimed to test a possible synergistic effect of the activation of OX40 to improve the response observed with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The murine OX40 (mOX40), along with its ligand (mOX40L), are immune checkpoints that belong to the Tumor Necrosis Factor superfamily. To achieve this goal, we proposed two approaches. In the first, we aimed to produce an Adv-PCA3-TSTA expressing mouse OX40L in order to use it in combination with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The Adv-PCA3-TSTA-mOX40L was constructed, but its capacity to induce mOX40L expression in TRAMP-C2 cells has not been confirmed yet. In the second, agonistic anti-mOX40 monoclonal antibody (mAb) would be administered in combination with Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. To test this approach, TRAMP-C2 cells were implanted in mice and tumors were treated by injections of Adv-PCA3-TSTA-mIL-12 alone or in combination with injections of anti-mOX40 or anti-mPD-1 (as comparator) mAbs. Results showed no statistically significant synergistic effects of the addition of treatment with anti-mOX40 to Adv-PCA3-TSTA-mIL-12. The immune cells infiltrating tumors showed few significant changes, except for a decrease in CD8⁺+D-1+ cells in tumors treated with anti-mOX40 or anti-mPD-1 mAbs. The combination of OX40 stimulation with Adv-PCA3-TSTA-IL-12 appears to have no synergistic effect. We conclude by suggesting that more effective combinations should be looked for.

Le cancer de la prostate (CaP) affecte 1 homme sur 7 au cours de sa vie. C’est le cancer numéro un diagnostiqué chez l'homme. Il s'agit du quatrième cancer le plus fréquent au Canada. Le CaP est une maladie hormonodépendante diagnostiquée chez l'homme. Les androgènes jouent un rôle vital dans la progression de la maladie. La première ligne de traitement, suivant une intervention chirurgicale ou un traitement de radiothérapie, est la thérapie de déprivation aux androgènes. Malgré une réponse initiale positive à l'inhibition des androgènes, la progression de la maladie vers un cancer de la prostate résistant à la castration (CRPC) est presque inévitable. Aux différentes étapes du CaP, le récepteur des androgènes joue un rôle majeur. Ainsi, cette thèse décrit les méthodes développées et utilisées pour mieux comprendre la biologie du CaP et le rôle joué par les androgènes dans cette maladie. Le travail démontré dans cette thèse se compose principalement d'analyses bioinformatiques effectuées sur des ensembles de données accessibles au public et d'un « pipeline » construit pour analyser des données RNA-Seq. Un pipeline RNA-Seq a été développé pour comprendre l'impact des androgènes et des gènes régulés lors du traitement aux androgènes dans les modèles de cellules de CaP. Ce pipeline bioinformatique se compose de divers outils qui ont été décrits ci-dessous dans le chapitre 1. L'objectif principal de ce projet était de développer un pipeline pour analyser les données RNA-Seq qui aide à comprendre et à définir les voies et les gènes métaboliques qui sont régulés par les androgènes, et qui jouent un rôle important dans la progression du CaP. Le flux de travail expérimental consistait en deux lignées cellulaires positives aux récepteurs aux androgènes LNCaP et LAPC4. Toutes les données utilisées dans ce projet ont été rendues publiques pour que la communauté de recherche puisse effectuer diverses autres études et analyses comparatives pour comprendre les fonctions des androgènes dans un sens beaucoup plus profond afin de développer de nouvelles thérapies pour traiter le CaP. Dans un autre projet décrit au chapitre 2, des analyses bioinformatiques ont été réalisées sur des données accessibles au public pour comprendre la fréquence de la perte et de l'altération génomique du gène PTEN localisé à 10q23. Ces analyses ont mis en évidence la fréquence d'altération génomique de PTEN qui est beaucoup plus élevée dans le CRPC que dans le CaP localisé. Ces analyses ont également aidé à identifier d'autres gènes altérés dans le CaP. Ces gènes n’ont pas été beaucoup étudiés dans la littérature, mais il semble que certains d’entre eux possèdent des caractéristiques de suppresseurs de tumeurs. Ces résultats pourraient être un bon début pour des analyses plus approfondies concernant la perte de gènes.La compréhension des fonctions de AR et de la suppression de PTEN aidera à développer de nouvelles stratégies et approches pour diagnostiquer et traiter le CaP. L'intégration des analyses bioinformatiques à la recherche clinique ouvre une nouvelle perspective dans le domaine de la recherche du CaP. / Prostate Cancer (PCa) affects 1 in 7 men in their lifetime and is the number one diagnosed cancer in men. It is the 4th most common cancer in Canada. PCa is a hormone-dependent disease diagnosed in men. Androgens play a vital role in the disease progression. The standard of care to treat PCa, following surgery or radiation therapy, is the androgen deprivation therapy (ADT). In spite of initial positive response to androgen inhibition, the progression of the disease to castration-resistant prostate cancer (CRPC) is almost inevitable. Across the various stages of PCa, the androgen receptor (AR) plays a major role. This thesis portrays the methods developed and used to understand PCa biology. The work demonstrated in this thesis majorly consists of bioinformatic analyses performed on publicly available data sets and a pipeline built to analyse RNA-Seq data. An RNA-Seq pipeline has been developed to understand the impact of androgens and the genes regulated upon androgen treatment in PCa cell models. This bioinformatic pipeline consists of various tools which have been described below in chapter 1. The major goal of this project was to develop a pipeline to analyse the RNA-Seq data which helps to understand and define the metabolic pathways and genes regulated by androgens which play an important role in PCa disease progression. The experimental workflow consisted of two androgen receptor positive cell lines LNCaP and LAPC4. All the data used in this project has been made publicly available for the research community to perform various other comparative studies and analyses to understand the functions of androgens in a much deeper sense to develop novel therapies to treat PCa. In another project described in chapter 2, bioinformatic analyses have been performed on publicly available data to understand the loss and genomic alteration frequency of the gene PTEN occurring at 10q23. These analyses highlighted that the genomic alteration frequency of PTEN is much higher in CRPC than in localised PCa, and also helped in identifying other genes which are lost along with PTEN. The lost genes have not been studied much in literature, but few studies demonstrated that they might possess tumor suppressor characteristics. These results might be a good start for further deeper analyses regarding the lost of genes. Understanding the functions of AR and the deletion of PTEN will help for the development of novel strategies and approaches to diagnose and treat PCa. Integration of bioinformatic analyses with clinical research open up a new perspective in the PCa research domain.

Le cancer de la prostate (CaP) est le cancer le plus commun chez les hommes de plus de 50 ans, représentant 20% de l'incidence de tous les cancers en 2021. Après l'approche initiale par chirurgie, environ 30% des patients ont une récurrence et suivent une thérapie de déprivation androgénique, qui mène éventuellement à l'atteinte d'un état de résistance à la castration pour lequel aucun traitement curatif n'existe. De récentes études ont montré un intérêt pour l'activation de la AMP-activated kinase (AMPK) comme traitement pour les CaP résistants à la castration. Cette stratégie repose sur la capacité de la AMPK à inactiver la mechanistic target of rapamycin (mTOR), une protéine impliquée dans une voie de signalisation associée à la prolifération des cellules cancéreuses. Contrairement au dogme établi, nos résultats indiquent que la AMPK n'inhibe pas mTOR dans différents modèles cellulaires de CaP, suggérant que ses fonctions y seraient différentes. En effet, l'activation de la AMPK par le A-769662 a démontré que son activité est nécessaire pour le maintien des fonctions mitochondriales en réponse aux androgènes. Pour étudier plus en profondeur les fonctions de la AMPK, nous avons développé un modèle n'exprimant pas les sous-unités catalytiques de la AMPK, à partir de cellules de CaP 22Rv1. Ce modèle a confirmé que l'activité de la AMPK est essentielle pour maintenir la production d'ATP maximale via la respiration mitochondriale dans les cellules de CaP. En fait, des essais de flux extracellulaire sont montré que le knockout de l'activité de la AMPK nuit à la respiration mitochondriale, à l'intégrité des mitochondries, à la flexibilité métabolique ainsi qu'à la prolifération cellulaire. Ces découvertes mettent de l'avant des fonctions oncogéniques associées à la AMPK et indiquent que l'inhibition des fonctions de la AMPK serait requise, plutôt que son activation, pour le traitement du CaP.

La MMP2 est une protéinase stromale qui dégrade plusieurs éléments de la matrice extracellulaire et qui active d’autres MMPs dont la MMP9. La MMP14 active la MMP2 via l’inhibiteur de la pro-MMP2, le TIMP2. Cette étude avait pour buts de démontrer l’association entre la surexpression de la MMP2 et la récidive du CaP, d’évaluer l’influence de la MMP9, de la MMP14 et du TIMP2 sur cette association, puis de tester par un modèle murin l’influence de la MMP14 stromale sur la croissance tumorale. Nous avons analysé immunohistochimiquement 204 cas de CaP (T3NxM0) et avons étudié séparément les cellules cancéreuses, stromales et épithéliales bénignes (CEB), notamment selon le pourcentage d’expression des marqueurs (< 10% ou ≥ 10%). Le suivi médian est de 4,61 ans. La surexpression de la MMP9 dans les cellules cancéreuses est associée à un score de Gleason élevé (8-10) (p = 0,0009). Dans les CEB, la surexpression la MMP14 est associée au niveau de PSA sérique initial bas (≤ 20 ng/ml) (p = 0,0027). Le TIMP2 est protecteur (RR = 0,573, p = 0,0233) lorsque fortement exprimé dans les cellules stromales. La MMP2 augmente le risque de récidive lorsqu’exprimée par les cellules cancéreuses (RR = 1,549, p = 0,0027, test de tendance). L’étude de la croissance de tumeurs injectées à des souris nues/nues suggère que la MMP14 est associée à l’implantation tumorale. La MMP9 et la MMP14 seraient impliquées dans l’évolution du CaP alors que la MMP2 et le TIMP2 peuvent servir de marqueurs pronostiques pour les CaP T3NxM0. / Introduction: The matrix metalloproteinase 2 (MMP2) is associated with poor prognosis in many neoplasms. MMP14 activates MMP2 using pro-MMP2 specific inhibitor TIMP2 as a receptor. Activated MMP2 degrades extracellular matrix components such as collagen and gelatin, and activates other MMPs including MMP9 (gelatinase B). We therefore tested the influence of MMP9, MMP14 and TIMP2 expression on prostate cancer (Pca) disease-free survival and the association between MMP2, MMP9, MMP14 and TIMP2. Stromal MMP14 involvement in tumor growth was also tested. Material and methods: By immunohistochemistry, we analyzed 200 T3NxM0 Pca cases. We evaluated marker expression separately in cancer, stromal and benign epithelial (BE) cells according to a percentage scale (0, < 10, 10-50 and ≥ 50%) and to low (< 10%) or high (≥ 10%) expression of the markers. MCF7 cells were injected subcutaneously to nu/nu mice with MMP14 -/- fibroblasts and their growth was compared to MCF7 + MMP14 +/+ fibroblasts tumors. Results: Median follow-up was 4.61 years. MMP9 overexpression in cancer cells was associated with high Gleason score (8-10) (p = 0.0009). Low initial PSA serum levels (≤ 20ng/ml) were indirectly associated with MMP14 overexpression in BE cells (p = 0.0027) and with MMP9 overexpression in stromal (p = 0.0050) and BE cells (p = 0.0056). There was a decreased risk of Pca recurrence with high (≥ 10%) TIMP2 expression in stromal cells (hazard ratio (HR) = 0.573, p = 0.0233) and an increased risk of Pca recurrence with MMP2 expression by > 50% of BE cells (HR = 3.006, p = 0.0387). Increased risk of Pca recurrence was also observed with high MMP2 expression (HR = 1.549, p = 0.0027, trend test) and with the following combinations: low TIMP2 in stromal cells and high MMP2 in BE cells (HR = 4.121, p < 0.0001); high MMP2 in stromal cells and low TIMP2 in cancer cells (HR = 2.742, p = 0.0171). MCF7 studies suggest MMP14 stromal involvement in Pca implantation. Conclusions: MMP9 and MMP14 are involved mostly in Pca implantation. MMP2 and TIMP2 might be used as predictors of disease-free survival in T3NxM0 Pca.

Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2003. / ENGLISH ABSTRACT: The "classic" prostate cell lines, DU145, PC-3 and LNCaP, have served as a valuable cell biological model for research into prostate cancer. However, their relevance may be limited because they derive from metastatic, and not from primary normal and tumour epithelium. The cell lines (1532T, 1535T, 1542T, 1542N and BPH-l) have been derived from primary benign and malignant human tumour prostate epithelium and may be more representative. Using these cell lines I have examined the role of basic cell damage responses (repair, checkpoint activation, apoptosis and associated signalling proteins, and the influence of androgen status) in cell inactivation, and its relevance to treatment. Numerous studies have suggested that loss of p53 function leads to resistance to chemotherapeutic agents and irradiation. It is shown here that the p53-inactive cell lines are, in fact, the most sensitive to chemotherapeutic agents such as etoposide, vinblastine and estramustine, whilst the p53 wild-type cell line, LNCaP, is the most radiosensitive. Notwithstanding the effects of p53 degradation by the HPV -16 E6 viral protein, the results on chemosensitivity raises the possibility that different chemotherapeutic agents may have different p53-dependent effects in different tumour cells. Androgen deprivation is demonstrated to sensitise prostate cancer cells to chemotherapeutic agents and it is shown that the hormone independent cell lines are the most chemosensitive. The LNCaP cell line displayed an increased resistance to apoptosis induced by etoposide and gamma irradiation, suggesting that androgens are capable of protection against both these DNA damaging agents. The major factors determining radiosensitivity in human tumour cell lines are known to be DNA double-strand break (dsb) induction and repair. In the prostate cell lines I find that cellular radiosensitivity correlates with the number of DNA double-strand breaks measured within 2 hours of irradiation, and that the more radioresistant cell lines show better repair competence. Conclusions as to the influence of androgen dependence on radiosensitivity and repair are not possible at this stage since only the LNCaP cell line was androgen sensitive. The fact that the 2 hour repair period can separate radiosensitive from radioresistant cells in 2 groups of human tumour cell lines highlights the role of non-homologous end-joining repair. This has implications for therapy, and is consistent with the clinical observation that prostate tumours can be successfully controlled by low dose rate-brachytherapy. To evaluate the role of apoptosis, cells were exposed to TD50 concentrations of chemotherapeutic drugs, and 60Co y-irradiation. Apoptosis was found to be low, overall, and ranged from 0.1% - 12.1%,3.0% - 6.0% and 0.1% - 8.5% for etoposide, estramustine and vinblastine, respectively. The percentage of cells undergoing druginduced apoptosis was, on average, higher in the tumour cell lines than in the normal cell lines. Gamma irradiation-induced apoptosis levels ranged from 1.3% - 7%. The LNCaP cell line yielded the lowest percentage of apoptotic cells after exposure. The l532T cell line yielded the highest percentage of apoptotic cells after exposure. Apoptotic propensity did not rank the cell lines according to their radiosensitivity. Immunoblotting demonstrated that the apoptosis-associated proteins, bax and bcl-2, are expressed at a basal level in all the cell lines tested, but no increase was detected after exposure to TD50 doses of etoposide, vinblastine and estramustine. The ratio of bax and bcl-2 also was not altered by DNA damage. No evidence was found that a correlation may exist between reproductive cell death and the expression of genes which control apoptosis. My results show that apoptosis is not a major mechanism of drug- or radiation-induced cell death in prostate cell lines. In conclusion, loss of p53 function and loss of androgen dependence was not found to be correlated with resistance of tumours to chemotherapeutic drugs. Cellular radiosensitivity was found to be correlated with the number of DNA double-strand breaks remaining after 2 hours of repair. The more radioresistant cell lines showed better repair competence. Apoptosis and genes affecting apoptosis, such as p53 and members of the bcl-2 family, do not seem to contribute significantly to the sensitivity of prostate cancer cells to anticancer drugs and irradiation. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die klassieke prostaat sellyne, DU145, PC-3 en LNCaP, het 'n waardevolle bydrae gemaak in die sel biologiese model in prostaat kanker. Die toepaslikheid daarvan mag egter beperk wees, aangesien hierdie sellyne afkomstig is van metastatiese, en nie van primêr normale en tumor epiteel nie. Die sellyne 1532T, 1535T, 1542T, 1542N en BPH-I is afkomstig van primêre benigne en maligne menslike prostaat tumor epiteel en mag moontlik meer verteenwoordigend wees. Deur van hierdie sellyne gebruik te maak, is die rolondersoek van die reaksie op basiese selskade (d.w.s. herstel, beheerpunt aktivering, apoptose en verwante sein proteïene, en die invloed van androgeen status) tydens die proses van sel inaktivering, asook die toepaslikheid ten opsigte van behandeling. Volgens verskeie studies lei die verlies aan p53 funksie tot weerstandigheid teen chemoterapeutiese middels en bestraling. Die resultate van hierdie studie toon dat die p53-onaktiewe sellyne egter die sensitiefste is vir chemoterapeutiese middels, soos etoposied, vinblastien en estramustien, terwyl die p53 natuurlike-tipe sellyn, LNCaP, die meeste radiosensitief is. Ten spyte van die invloed van p53 afbraak deur die HPV -16 E6 virale proteïen, dui die resultate van chemosensitiwiteit op die moontlikheid dat verskillende chemoterapeutiese middels verskillende p53-afhanklike effekte op verskillende tumorselle mag hê. Dit is bewys dat onttrekking van androgeen prostaat kankerselle sensitiseer teen chemoterapeutiese middels en dat hormoon-onafhanklike sellyne die hoogste chemosensitiwiteit vertoon. Die LNCaP sellyn vertoon 'n verhoogde weerstandigheid teen apoptose wat deur etoposied en y-bestraling geïnduseer is, wat 'n aanduiding is dat androgene beskerming kan bied teen beide hierdie DNA beskadigingsfaktore. Die belangrikste faktore wat die radiosensitiwiteit in menslike tumorselle bepaal, IS bekend dat dit die dubbelbande van DNA verbreek en herstel. Hierdie studie het aangetoon dat in prostaat sellyne die sellulêre radiosensitiwiteit korreleer met die aantal DNA dubbelband verbrekings binne 2 uur na bestraling, en dat die meer radioweerstandige sellyne beter herstelvermoë vertoon. Gevolgtrekkings oor die invloed van androgeen se afhanklikheid van radiosensitiwiteit en herstel kan egter nie op hierdie stadium gemaak word nie, aangesien slegs die LNCaP sellyn androgeenafhanklik was. Die feit dat die 2 uur herstelperiode 'n skeiding kan maak tussen radiosensitiewe en radioweerstandige selle in twee groepe menslike tumor sellyne, onderstreep die rol van herstel van nie-homoloë endverbindings. Dit hou implikasies in vir terapie, en stem ooreen met die kliniese waarnemings dat prostaat tumore suksesvol gekontroleer kan word deur lae intensiteit dosis bragiterapie. Ten einde die rol van apoptose te ondersoek, is selle blootgestel aan TD50 konsentrasies chemoterapeutiese middels, asook 60Co y-bestraling. Apoptose was oor die algemeen laag, en het gestrek van 0.1% tot 12.1%,3.0% tot 6.0% en 0.1% tot 8.5% vir etoposied, estramustien en vinblastien onderskeidelik. Die persentasie selle wat middel geïnduseerde apoptose ondergaan het, was gemiddeld hoër in tumor sellyne as in normale sellyne. Die waardes van apoptose geïnduseer deur y-bestraling het gewissel van 1.3% tot 7.0%. Die LNCaP sellyn het die laagste persentasie apoptotiese selle na bestraling gelewer, terwyl die 1532 r sellyn die hoogste persentasie gelewer het. Die volgorde van die radiosensitiwiteit van die sellyne was nie waarneembaar in hulle geneigdheid tot apoptose nie. Immunoblots het aangetoon dat die apoptose-geassosieerde proteïene, bax en bcl-2, uitgeskei word teen 'n basisvlak in al die sellyne wat getoets is, maar dat geen verhoogde uitskeiding waarneembaar was na blootstelling aan TD50 dosisse etoposied, vinblastien en estramustien nie. Die verhouding van bax en bcl-2 is ook nie beïnvloed deur DNA beskadiging nie. Dit blyk daarom dus onwaarskynlik dat daar 'n korrelasie bestaan tussen reproduktiewe seldood en die uitskeiding van gene wat apoptose beheer. Die resultate dui daarop dat apoptose me 'n belangrike meganisme vir middel- of bestralingsgeïnduseerde seldood in prostaat sellyne is nie.

Background: Prostate cancer is the most common type of cancer in Sweden. The three primary treatment types for prostate cancer are prostatectomy, radiotherapy and different types of endocrine therapy. With all treatments mentioned above comes adverse effects that may have big effects on the person treated. Aim: The aim of this study was to highlight men´s experiences of the adverse effects that comes with the treatment for prostate cancer. Method: The research method employed was a literature study based on eleven qualitative articles. The method of analysis was done according to Friberg five-step analysis of qualitative articles and through the analysis, six themes emerged. Results: The themes were A feeling of emotional imbalance, Not prepared enough, The experience of loosing control, Feeling of diminished masculinity, The experience of a feminized body and An altered identity. Conclusion: The result showed that men experience adverse effects of the prostate cancer treatment as difficult in many ways. The changes to the body and mental well-being tend to be difficult to deal with, and the men need relevant information prior to treatment to give them time to adjust to their new life.

La dépendance de la croissance des tumeurs prostatiques vis-à-vis des androgènes est mise à profit pour traiter les cancers diagnostiqués à un stade avancé. Lablation androgénique entraine inévitablement lapparition de cancers résistants à la thérapie antihormonale. Dans ces cancers, la signalisation du récepteur aux androgènes (RA) semble réactivée par différents mécanismes, en dépit de la concentration sérique réduite en androgènes. A coté de la signalisation androgénique, la signalisation induite par les récepteurs de la famille du REGF (encore appelée famille ERBB) est impliquée dans la prolifération, la survie, linvasion et langiogenèse du cancer de la prostate. Ces récepteurs sont aussi capables de se substituer aux androgènes pour activer le RA. Des résultats antérieurs obtenus par dautres équipes ont montré que les androgènes régulaient lexpression du REGF et dERBB2 dans les cellules cancéreuses prostatiques, sans préciser à quel(s) niveau(x) seffectue cette régulation. Le but de ce travail est de déterminer par quels mécanismes les androgènes agissent pour contrôler lexpression des récepteurs ERBB1-3 dans des lignées cancéreuses prostatiques présentant différentes sensibilités aux androgènes, à savoir les cellules LNCaP dont la prolifération est androgéno-dépendante et les cellules 22Rv1 dont la prolifération est androgéno-indépendante. En plus du RA, les cellules 22Rv1 expriment un RA dépourvu du domaine carboxy-terminal contenant le domaine de liaison à lhormone (RAΔCTD) et dont lorigine et la fonction nétaient pas connues. Dans les cellules LNCaP, nous avons montré que le RA activé par la dihydrotestostérone (DHT) stimule le taux des transcrits et des protéines REGF et répriment ceux dERBB2 en agissant à un niveau transcriptionnel. La DHT ninfluence pas les taux dERBB3. Dans les cellules 22Rv1, la DHT ninfluence pas les taux du REGF et dERBB2 ni le taux des transcrits de trois gènes endogènes androgéno-sensibles que nous avons testés. A laide de siRNA dirigés contre la région codant le domaine amino-terminal (NTD) ou carboxy-terminal du RA, nous avons montré que le RAΔCTD résulte de la présence de transcrit différent de celui codant la forme longue. La capacité de ces siRNA à éteindre lexpression de la forme longue, ou de la forme longue et de la forme courte du RA, nous a permis détudier la contribution des deux isoformes à réguler lexpression de gènes et la viabilité des cellules 22Rv1. Nous avons ainsi montré que la présence du RAΔCTD contrôle le taux des protéines REGF et ERBB2 à un niveau post-transcriptionnel. De plus, le RAΔCTD et dans une moindre mesure, le RA contribuent à lexpression des trois gènes androgéno-sensibles endogènes testés et à la viabilité des cellules 22Rv1 cultivées dans un milieu appauvri en stéroïdes. Une inhibition plus importante de la viabilité cellulaire était observée en présence dun inhibiteur tyrosine kinase des récepteurs. En conclusion, notre étude montre que différents mécanismes régulés par les androgènes ou leurs récepteurs contrôlent lexpression du REGF et dERBB2 dans des cellules présentant différentes sensibilités aux androgènes. Nous avons par ailleurs identifié le RAΔCTD comme un régulateur important du phénotype hormono-réfractaire des cellules 22Rv1. Des études complémentaires devront déterminer si la participation du RAΔCTD à la viabilité des cellules 22Rv1 passe par la régulation de lexpression du REGF ou dERBB2. De plus, si lexpression du RAΔCTD venait à se confirmer dans les cancers de la prostate, le développement de nouvelles thérapies ciblant le domaine NTD ou lexpression du RA constituerait une alternative intéressante aux thérapies actuelles dirigées contre le CTD.