Expression et fonctions des galectines dans le cancer

Dans une ère où la médecine personnalisée prend de plus en plus d’ampleur, il est devenu primordial de mieux comprendre les différents évènements moléculaires qui régulent la progression tumorale. Depuis plusieurs années, les galectines sont au centre d’un intérêt grandissant pour la découverte de biomarqueurs exploitables. De par leur capacité à lier une grande variété de molécules glycosylées, ces lectines animales régulent différents aspects de la progression tumorale, dont la résistance à la chimiothérapie, l’immunoévasion et le potentiel métastatique. Puisque leur expression est souvent dérégulée dans plusieurs types de cancer, il est clair qu’une meilleure caractérisation de leur expression et de leurs fonctions permettra de développer de nouveaux outils pour le diagnostic, le pronostic et le traitement des patients atteints du cancer.L’objectif de ce projet de thèse était, dans un premier temps, de déterminer l’expression et les fonctions de la galectine-7 dans le cancer de la prostate et de l’ovaire. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la possibilité d’utiliser une signature de galectines comme biomarqueur et cible thérapeutique dans le cancer ovarien.Pour ce faire, nous avons utilisé des micromatrices tissulaires construites à partir de tissus provenant de patients atteints de cancer. Nous avons d’abord observé que l’expression de la galectine-7 est réprimée dans le cancer de la prostate. Avec l’aide de modèles cellulaires in vitro utilisant les cellules DU-145, nous avons ensuite mis en évidence une activité anti-tumorale de la galectine-7 dans le cancer de la prostate. Nous avons ensuite étudié les fonctions CRD-dépendantes de la galectine-7 à l’aide d’un vecteur d’expression de la galectine-7 dont la séquence codant pour le CRD a été muté. Nous avons établi que la fonction pro-apoptotique de la galectine-7 est indépendante de sa localisation mitochondriale et nucléaire et qu’il s’agit d’une fonction CRD-indépendante. À l’opposé, la réduction du potentiel invasif est un évènement CRD-dépendant. Enfin, avec l’aide d’un modèle pré-clinique murin, nous avons pu constater que la présence de la galectine-7 réduit la croissance tumorale, alors que la galectine-7 dont le CRD est muté a une fonction inverse et stimule la croissance tumorale. Nos résultats suggèrent donc que les interactions CRD-indépendantes de la galectine-7 régulent un phénotype pro-tumoral.Dans le cas du cancer ovarien, nous avons démontré que la présence de galectine-7 est associée à des tumeurs de haut grade et aux métastases, ainsi qu’à un plus haut taux de mortalité. Avec l’aide de modèles in vitro, nous avons établi que la galectine-7 favorise le potentiel invasif des cellules cancéreuses de l’ovaire en augmentant la motilité cellulaire et la production de la métalloprotéinase de la matrice 9. Nous avons également mis en évidence l’activité immunosuppressive de la galectine-7 via sa capacité à induire l’apoptose des cellules immunitaires, dont les monocytes et les lymphocytes T CD4+ et T CD8+.Dans un dernier temps, en utilisant des micromatrices tissulaires comprenant des échantillons de tumeurs ovariennes de sous-type séreux de haut grade, nous avons identifié une signature prédictive constituée de différentes galectines pour les patientes atteintes de cancer ovarien. Plus précisément, nous avons observé que la galectine-1 stromale est associée à la récidive des patientes, alors que la présence de puncta péri-nucléaires de galectine-9 prédit un plus haut taux de mortalité. La présence de galectine-8 épithéliale, quant à elle, est associée à la résistance à la chimiothérapie. Plus important encore, cette signature de galectines permet d’établir un pronostic pour les patientes qui sont négatives pour CA125, le seul biomarqueur utilisé au niveau clinique pour le cancer de l’ovaire.En conclusion, notre étude a permis de caractériser les fonctions anti- et pro-tumorales de la galectine-7 dans les cancers de la prostate et de l’ovaire, respectivement. Cette étude est la première à démontrer que la perturbation du CRD de la galectine-7 peut provoquer un changement phénotypique d’anti- à pro-tumoral. Cela amène une réflexion sérieuse sur l’utilisation d’inhibiteurs de galectines qui ciblent le CRD de ces protéines. Nos recherches ont aussi permis de définir une signature d’expression des galectines qui permettrait d’établir le pronostic des patientes atteintes du cancer ovarien. Nos résultats valident l’hypothèse que les galectines peuvent servir de biomarqueurs et cibles thérapeutiques pour différents cancers et justifie la poursuite de nos recherches dans ce domaine.In an era where there is an emerging interest in personalized medicine, it becomes essential to have a better understanding of the different molecular events regulating cancer progression. For these reasons, attempts to discover new actionable biomarkers had put the galectins at the center of attention. Members of this group of lectins have the ability to bind a large variety of glycosylated molecules and to regulate different aspects of tumor progression such as chemoresistance, immune evasion and spread of metastatic cells. Because their expression is often deregulated in cancer cells, it is becoming clear that a better understanding of their functions may lead to the development of new tools for the diagnosis, prognosis and treatment of cancer patients.The objectives of this doctoral project were to determine the expression and functions of galectin-7 in prostate and ovarian cancer and to define a galectin expression signature in ovarian cancer that could be used as an actionable biomarker. For this purpose, we used tissue microarrays constructed from cancer patients’ tissue samples and showed that galectin-7 expression was abrogated in prostate cancer tissues. These results are consistent with galectin-7 anti-tumoral functions obtained using in vitro experiments with DU-145 prostate cancer cells. Using a mutant form of galectin-7 with a non-functional carbohydrate recognition domain (CRD), we further established that the pro-apoptotic function of galectin-7 is independent of its mitochondrial and nuclear localization and independent of its CRD activity. On the other hand, we found that the reduced invasive behavior of galectin-7 expressing cells is a CRD-dependent event. Finally, using a preclinical murine model, we observed that galectin-7 reduces the tumor growth, while the CRD-defective galectin-7 had the opposite effect. Our results suggest that galectin-7 CRD-independent interactions regulate a pro-tumoral phenotype.In ovarian cancer, we demonstrated that galectin-7 expression is associated with higher grade tumors, metastasis and to a shorter survival. With an in vitro model, we established that galectin-7 stimulates the invasive potential of ovarian cancer cells by inducing motility as well as matrix metalloproteinase 9 expression. We also found that galectin-7 has an immunosuppressive activity by inducing apoptosis of immune cells such as monocytes and CD4+ and CD8+ T cells.Finally, using tissue microarrays constructed from ovarian high grade serous carcinoma samples, we identified a galectin signature that could predict the outcome of ovarian cancer patients. More specifically, we found that stromal galectin-1 was associated with a shorter disease-free survival and galectin-9 perinuclear puncta were associated with a shorter overall survival. Also, epithelial galectin-8 is associated with chemoresistance. More importantly, this galectin signature could predict the outcome of CA125 negative patients. CA125 is the only clinically available biomarker for ovarian cancer.In conclusion, we characterized the anti- and pro-tumoral functions of galectin-7 in prostate and ovarian cancer, respectively. This study is the first to demonstrate that the CRD is the phenotypical switch between the pro- and anti-tumoral functions of galectin-7. This finding raises some questions regarding the use of inhibitors that target galectins CRD. Our research also helps to define a novel galectin expression signature that might help ovarian cancer patients’ management. They further validate the hypothesis that galectins can be use as actionable biomarkers for different cancer types

Rôle de l'apolipoprotéine D dans le métabolisme des lipides

L'apolipoprotéine D (apoD) est une glycoprotéine qui transporte plusieurs molécules hydrophobes, telles que l'acide arachidonique, le cholestérol et la progestérone. Afin d'étudier le rôle neuroprotecteur de l'apoD, des souris transgéniques (Tg) surexprimant l'apoD humaine (H-apoD) principalement au niveau du cerveau ont été générées. Bien que les souris Tg H-apoD résistent mieux à la neurodégénérescence, elles souffrent de stéatose hépatique et musculaire et sont résistantes à l'insuline. Le but de ce projet est de caractériser les mécanismes moléculaires associés à l'accumulation de lipides dans le foie des souris Tg H-apoD. L'expression de plusieurs gènes hépatiques impliqués dans le métabolisme lipidique ainsi que dans le stockage de ces lipides dans des gouttelettes lipidiques (GL) a été mesurée par RT-PCR semi-quantitative et par Western Blot. Notre étude a révélé une augmentation de plus de deux fois du facteur de transcription PPARyl dans le foie des souris Tg H -apoD par rapport aux souris sauvages. Plusieurs études suggèrent qu'une modulation de PPARyl peut mener à des troubles métaboliques, puisque PPARy induit la transcription de gènes impliqués dans l'accumulation de lipides et dans la formation des GL. Afin de mesurer son niveau d'activation, le niveau d'expression de ses gènes cibles a été mesuré. Le transporteur d'acides gras CD36, impliqué dans la captation des acides gras circulants par les hépatocytes, est surexprimé de 20 %. Cide a et Cide c, deux protéines impliquées dans la stabilisation des GL sont surexprimées de 50 %. Plin2, aussi localisée au niveau des GL et impliquée dans l'inhibition de la lipolyse, est aussi surexprimée (2 fois). Cela induit la formation de GL plus larges et donc la stéatose hépatique. Probablement en compensation, le récepteur nucléaire PPARα et son gène cible CPT1, enzyme limitant de la β-oxydation, sont surexprimés de 2,5 fois et de 20 % respectivement, augmentant ainsi la dégradation des lipides accumulés. L'AMPK est également activée, ce qui semble causer une diminution du niveau de lipogenèse (surtout par la phosphorylation de l'ACC) et de la néoglucogenèse. Ces résultats démontrent que la surexpression de l'apoD induit une surexpression et une activation de PPARyl. En induisant la transcription de ses gènes cibles, PPARy provoque l'accumulation de lipides, menant à une stéatose hépatique. Par contre, nos résultats démontrent qu'un mécanisme compensatoire est aussi induit (augmentation de la β-oxydation et diminution de la lipogenèse et néoglucogenèse) expliquant le phénotype peu sévère de la stéatose observée. Cette étude permettra de mieux comprendre le rôle de l'apoD dans le métabolisme des lipides.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : ApoD, PPARy, stéatose hépatiqu

Characterization of the fungal microflora in raw milk and specialty cheeses of the province of Quebec

The cheese microbial ecosystem is complex, and the presence of non-starter adventitious microorganisms in milk may have an influence on the organoleptic characteristics of cheese. The aim of this study was to analyze the composition and diversity of the fungal flora of raw milk destined for cheesemaking from 19 dairy farms in Quebec and to monitor their evolution throughout ripening. Six hundred ten yeast and mold isolates were collected from raw milk and raw milk cheeses over a 9-month period. Based on the sequences of the rDNA ITS1-5.8S-ITS2 region, 67% of the raw milk isolates were yeasts, which were assigned to 37 species across 11 genera, while 33% were molds, which were assigned to 33 species across 25 genera. A semi-quantitative analysis of the yeasts and molds in the raw milk from four farms was performed over a 5-month period. The composition and diversity of the fungal microflora were totally different for each farm, each of which had a unique species profile. To determine whether adventitious yeast strains from the milk could develop in raw milk cheese, a multilocus-sequence-typing (MLST) analysis was performed on 13 Issatchenkia orientalis (syn. Pichia kudriavzevii, anamorph: Candida krusei) isolates. The same MLST genotypes were identified for strains independently isolated from raw milk and raw milk cheese from a farm processing its own milk. This study contributes to the understanding of the natural fungal microflora of raw milk and suggests that non-starter yeasts and molds can transfer from raw milk to raw milk cheese and may influence cheese ripening. ELECTRONIC SUPPLEMENTARY MATERIAL: The online version of this article (doi:10.1007/s13594-011-0051-4) contains supplementary material, which is available to authorized users

Rôle anti-tumoral de la galectine-7 dans le cancer de la prostate

La galectine-7 (gal-7) est une lectine animale qui participe à plusieurs processus physiologiques tels que la cicatrisation, l’apoptose et la migration cellulaire. Exprimée dans les épithéliums stratifiés, son expression est dérégulée dans différents types de cancer. Dans le cancer du sein, elle est associée à un faible taux de survie. À l’inverse, la présence de gal-7 dans le cancer du colon est associée à un bon pronostique. Une hypothèse expliquant ces fonctions inverses serait la distribution intracellulaire de gal-7 qui varie selon le type tissulaire. La distribution de gal-7 dans les cellules basales de l’épithélium mammaire est similaire à celle de la glande prostatique. Bien que la fonction de gal-7 dans la glande mammaire ait été caractérisée, son rôle dans le cancer de la prostate demeure inconnu. L’objectif de ce projet est de déterminer le rôle de gal-7 dans le cancer de la prostate et d’évaluer l’influence de sa localisation intracellulaire sur ses fonctions. À l’aide de micro-matrices tissulaires, nous avons démontré que l’expression de gal-7, retrouvée dans les cellules basales de l’épithélium prostatique, est réprimée dans les carcinomes prostatiques. Lorsque gal-7 est surexprimée dans les cellules cancéreuses DU-145, elle augmente leur sensibilité à l’apoptose induite par des agents chimiothérapeutiques. Nos études in vitro ont également démontré que gal-7 diminue la motilité des cellules cancéreuses et inhibe leur pouvoir invasif. Une étude de sa localisation intracellulaire a permis de révéler que gal-7 est retrouvée dans le cytoplasme, le noyau et les mitochondries des cellules cancéreuses prostatiques. La surexpression de gal-7 mutée en position 74, qui est défectueuse pour la localisation nucléaire et mitochondriale, nous a permis de démontrer que la fonction pro-apoptotique de gal-7 est indépendante de la localisation mitochondriale et nucléaire. Cependant, nous avons mis en évidence que la protéine mutée est incapable de moduler le potentiel invasif. L’ensemble de ces résultats démontrent que gal-7 a une fonction pro-apoptotique dans le cancer de la prostate et qu’elle réduit le potentiel invasif des cellules tumorales

Galectin signatures contribute to the heterogeneity of breast cancer and provide new prognostic information and therapeutic targets

Because of their ability to induce local immunosuppression and to confer cancer cells with resistance to apoptosis, members of the galectin family are emerging as a new class of actionable targets in cancer. Unfortunately, we have yet to obtain a clear picture of the galectin signatures in cancer cells and the surrounding tumor microenvironment. The aim of this study was to provide the first detailed analysis of the galectin signature in molecular subtypes of breast cancer. Expression signatures of galectins were obtained at the mRNA and protein levels. A particular attention was paid to stromal versus epithelial staining and to subcellular compartmentalization. Analysis of the stromal signature showed that gal-1, -3, -9-positive stroma were preferentially found in triple-negative (TN) and HER2 subtypes. In cancer cells, gal-1, -3, -8, and -9 showed a dual expression pattern, being found either in the cytosol or in the cytosol and the nucleus. TN patients with gal-8-positive nuclei had significantly better disease-free survival (DFS), distant-disease-free survival (DDFS), and overall survival (OS). In contrast, high expression of nuclear gal-1 correlated with poor DDFS and OS. TNBC patients who were positive for both nuclear gal-1 and gal-8 had 5-year DFS and DDFS of 100%, suggesting a dominance of the gal-8 phenotype. Overall, the results indicate that specific galectin expression signatures contribute to the phenotypic heterogeneity of aggressive subtypes of breast cancer. Our data also suggest that galectins have clinical utility as indicators of disease progression and therapeutic targets in aggressive molecular subtypes of breast cancer.</p

Identification of Biomarkers of Response to Preoperative Talazoparib Monotherapy in Treatment Naïve gBRCA+ Breast Cancers

Germline mutations in BRCA1 or BRCA2 exist in ~2-7% of breast cancer patients, which has led to the approval of PARP inhibitors in the advanced setting. We have previously reported a phase II neoadjuvant trial of single agent talazoparib for patients with germline BRCA pathogenic variants with a pathologic complete response (pCR) rate of 53%. As nearly half of the patients treated did not have pCR, better strategies are needed to overcome treatment resistance. To this end, we conducted multi-omic analysis of 13 treatment naïve breast cancer tumors from patients that went on to receive single-agent neoadjuvant talazoparib. We looked for biomarkers that were predictive of response (assessed by residual cancer burden) after 6 months of therapy. We found that all resistant tumors exhibited either the loss of SHLD2, expression of a hypoxia signature, or expression of a stem cell signature. These results indicate that the deep analysis of pre-treatment tumors can identify biomarkers that are predictive of response to talazoparib and potentially other PARP inhibitors, and provides a framework that will allow for better selection of patients for treatment, as well as a roadmap for the development of novel combination therapies to prevent emergence of resistance

Integrative multi-omics analyses to identify the genetic and functional mechanisms underlying ovarian cancer risk regions.

To identify credible causal risk variants (CCVs) associated with different histotypes of epithelial ovarian cancer (EOC), we performed genome-wide association analysis for 470,825 genotyped and 10,163,797 imputed SNPs in 25,981 EOC cases and 105,724 controls of European origin. We identified five histotype-specific EOC risk regions (p value &lt;5&nbsp;×&nbsp;10-8) and confirmed previously reported associations for 27 risk regions. Conditional analyses identified an additional 11 signals independent of the primary signal at six risk regions (p&nbsp;value &lt;10-5). Fine mapping identified 4,008 CCVs in these regions, of which 1,452 CCVs were located in ovarian cancer-related chromatin marks with significant enrichment in active enhancers, active promoters, and active regions for CCVs from each EOC histotype. Transcriptome-wide association and colocalization analyses across histotypes using tissue-specific and cross-tissue datasets identified 86 candidate susceptibility genes in known EOC risk regions and 32 genes in 23 additional genomic regions that may represent novel EOC risk loci (false discovery rate &lt;0.05). Finally, by integrating genome-wide HiChIP interactome analysis with transcriptome-wide association study (TWAS), variant effect predictor, transcription factor ChIP-seq, and motifbreakR data, we identified candidate gene-CCV interactions at each locus. This included risk loci where TWAS identified one or more candidate susceptibility genes (e.g., HOXD-AS2, HOXD8, and HOXD3 at 2q31) and other loci where no candidate gene was identified (e.g., MYC and PVT1 at 8q24) by TWAS. In summary, this study describes a functional framework and provides a greater understanding of the biological significance of risk alleles and candidate gene targets at EOC susceptibility loci identified by a genome-wide association study

Copy Number Variants Are Ovarian Cancer Risk Alleles at Known and Novel Risk Loci

BACKGROUND: Known risk alleles for epithelial ovarian cancer (EOC) account for approximately 40% of the heritability for EOC. Copy number variants (CNVs) have not been investigated as EOC risk alleles in a large population cohort. METHODS: Single nucleotide polymorphism array data from 13 071 EOC cases and 17 306 controls of White European ancestry were used to identify CNVs associated with EOC risk using a rare admixture maximum likelihood test for gene burden and a by-probe ratio test. We performed enrichment analysis of CNVs at known EOC risk loci and functional biofeatures in ovarian cancer-related cell types. RESULTS: We identified statistically significant risk associations with CNVs at known EOC risk genes; BRCA1 (PEOC = 1.60E-21; OREOC = 8.24), RAD51C (Phigh-grade serous ovarian cancer [HGSOC] = 5.5E-4; odds ratio [OR]HGSOC = 5.74 del), and BRCA2 (PHGSOC = 7.0E-4; ORHGSOC = 3.31 deletion). Four suggestive associations (P \u3c .001) were identified for rare CNVs. Risk-associated CNVs were enriched (P \u3c .05) at known EOC risk loci identified by genome-wide association study. Noncoding CNVs were enriched in active promoters and insulators in EOC-related cell types. CONCLUSIONS: CNVs in BRCA1 have been previously reported in smaller studies, but their observed frequency in this large population-based cohort, along with the CNVs observed at BRCA2 and RAD51C gene loci in EOC cases, suggests that these CNVs are potentially pathogenic and may contribute to the spectrum of disease-causing mutations in these genes. CNVs are likely to occur in a wider set of susceptibility regions, with potential implications for clinical genetic testing and disease prevention

Copy Number Variants Are Ovarian Cancer Risk Alleles at Known and Novel Risk Loci

BACKGROUND: Known risk alleles for epithelial ovarian cancer (EOC) account for approximately 40% of the heritability for EOC. Copy number variants (CNVs) have not been investigated as EOC risk alleles in a large population cohort. METHODS: Single nucleotide polymorphism array data from 13 071 EOC cases and 17 306 controls of White European ancestry were used to identify CNVs associated with EOC risk using a rare admixture maximum likelihood test for gene burden and a by-probe ratio test. We performed enrichment analysis of CNVs at known EOC risk loci and functional biofeatures in ovarian cancer-related cell types. RESULTS: We identified statistically significant risk associations with CNVs at known EOC risk genes; BRCA1 (PEOC = 1.60E-21; OREOC = 8.24), RAD51C (Phigh-grade serous ovarian cancer [HGSOC] = 5.5E-4; odds ratio [OR]HGSOC = 5.74 del), and BRCA2 (PHGSOC = 7.0E-4; ORHGSOC = 3.31 deletion). Four suggestive associations (P < .001) were identified for rare CNVs. Risk-associated CNVs were enriched (P < .05) at known EOC risk loci identified by genome-wide association study. Noncoding CNVs were enriched in active promoters and insulators in EOC-related cell types. CONCLUSIONS: CNVs in BRCA1 have been previously reported in smaller studies, but their observed frequency in this large population-based cohort, along with the CNVs observed at BRCA2 and RAD51C gene loci in EOC cases, suggests that these CNVs are potentially pathogenic and may contribute to the spectrum of disease-causing mutations in these genes. CNVs are likely to occur in a wider set of susceptibility regions, with potential implications for clinical genetic testing and disease prevention