The role of endothelial Dll4 in cancer metastasis

Tese de Doutoramento em Ciências Veterinárias, especialidade de Ciências biológicas e biomédicasThe metastatic spread of cancer is still the major barrier to the treatment of this disease. Cancer-mortality is mainly due to recurrence and metastasis. Although much has been done in the field of cancer treatment, prevention and approach to metastases are still areas not fully explored. Over and under-expression of Dll4/Notch signaling has been demonstrated to impair tumor growth through opposing patterns of vascular modulation in different mouse tumor models and human cancer xenografts. Recent evidence implicates Dll4/Notch pathway in the metastasis mechanism, but less is known about the specific role of endothelial Dll4. For this reason, we proposed to investigate how endothelial Dll4 expression interferes with the metastatic process. To address it we used a spontaneous metastasis mouse model based on Lewis Lung Carcinoma (LLC) subcutaneous transplants in endothelial-specific Dll4 lossof- function (eDll4cKO) and endothelial-specific Dll4 over-expression (D4OE) mice. Results demonstrated that eDll4cKO is responsible for the vascular function regression that leads to tumor growth reduction. Early steps of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) and cancer stem cell selection were also inhibited by eDll4cKO, leading to a substantial reduction of circulating tumor cells and reduction in the number and burden of macrometastases. Intravasation and extravasation were also compromised by eDll4cKO, possibly due to blockade of the metastatic niche. In the case of the D4OE mice we observed that tumor growth reduction was achieved by vessel proliferation restriction along with an improved vascular maturation, which allowed a more efficient delivery of chemotherapy. This last effect of vessel normalization seemed to prevent metastasis formation even though EMT markers were increased. In conclusion, despite the opposite vascular architecture phenotypes of eDll4cKO and D4OE, both lead to a reduction in metastasis. This is in line with the concept of Dll4 dosage observed in the wound-healing context and represents a promising therapeutic approach in metastasis prevention/ treatment.RESUMO - A importância da expressão endotelial do ligando Dll4 no processo de metastização - O cancro é, atualmente, uma das principais causas de morte em todo o mundo, a par das doenças cardiovasculares e da doença pulmonar obstrutiva crónica. A mortalidade por cancro está frequentemente associada à metastização, quer seja pelo compromisso hemodinâmico, quer seja pelas consequências do seu tratamento. Apesar dos avanços no tratamento do cancro, com novos agentes biológicos e imunomodeladores, a investigação do mecanismo da metastização, prevenção e abordagem das metástases continuam a ser áreas pouco exploradas. A via Notch é uma via de sinalização intercelular altamente conservada que está envolvida na determinação do destino, regulação da proliferação e diferenciação celulares. O ligando Dll4 tem uma expressão predominantemente endotelial arterial e capilar, crítica para o correto desenvolvimento embrionário, mas restringindo-se às pequenas artérias e capilares no adulto em homeostasia. Ele atua como agente anti-angiogénico em situações de “stress” fisiológico e em contexto tumoral, promovendo a ocorrência de pausas ritmadas na fase de crescimento vascular ativo, que são conducentes à maturação funcional da vasculatura nascente. Os efeitos do aumento e diminuição da expressão do ligando Dll4 sobre a dinâmica tumoral já foram extensamente estudados em modelos tumorais de ratinhos transgénicos e com xenografos. Geralmente, a ativação aberrante da via de sinalização Dll4/Notch está associada a mau prognóstico e probabilidade de metastização. Por outro lado, as terapias de bloqueio Dll4/Notch têm-se revelado eficazes no tratamento de modelos tumorais resistentes às terapias baseadas no “vascular endotelial growth factor” (Vegf), em modelos pré-clínicos. Estudos recentes implicam a ativação da via Notch nas células endoteliais, com alteração do seu fenótipo de forma a favorecer a transmigração das células tumorais, bem como a secreção de “vascular cell adhesion molecule-1”, que promove a adesão de leucócitos e potencia os fenómenos de intravasação e extravasação. Nesse sentido, surge a oportunidade de explorar o papel do ligando Dll4, em concreto, de que forma é que a sua expressão endotelial influencia as várias etapas da cascata da metastização. Para isso, usamos um modelo murino de metastização espontânea que consistiu na injeção subcutânea de células Lewis Lung Carcinoma (LLC) em dois tipos de ratinhos transgénicos: ratinhos com perda-de-função ou sub-expressão endotelialespecífica de Dll4 e ratinhos com ganho-de-função ou sobre-expressão endotelialespecífica de Dll4. Relativamente ao estudo da influência do ganho-de-função endotelialespecífico de Dll4 sobre o tumor primário, foram também usados outros ratinhos: o modelo de papiloma da pele induzido quimicamente e o modelo murino transgénico RIP-Tag2, com insulinoma. Para avaliar a angiogénese do tumor primário foram determinados parâmetros como: densidade, maturidade, funcionalidade e permeabilidade vasculares. Depois de explorado o efeito de Dll4 sobre o fenómeno de transição-epitélio-mesenquimal (EMT), in vitro, procurou-se explorar o mesmo, in vivo, com recurso aos ratinhos mutantes endoteliais-específicos citados. EMT foi caracterizada através da marcação imunofluorescente para Snail-1 e Twist. As células tumorais estaminais (CSC) foram exploradas através da marcação imunofluorescente para p63 e CD49f. A hipóxia tumoral foi avaliada através do teste com “Hypoxyprobe”. O circuito das células tumorais metastáticas foi analisado com recurso à marcação das células com uma proteína verde fluorescente, recorrendo às técnicas de imunofluorescência e “fluorescent associated cell sorting”. A análise da expressão génica foi feita através do “quantitative real time polymerase chain reaction”, tanto nos ratinhos com perda, como ganho-de-função endotelial-específico de Dll4. Quanto ao estudo da perda-de-função endotelial-específica de Dll4 foi possível avaliar, genericamente, todas as etapas da metastização. Começando pelo tumor primário, verifica-se que ocorre uma redução considerável do seu crescimento, em parte devido à angiogénese que, apesar de aumentada, é desorganizada e menos funcional. A árvore vascular apresenta inúmeras ramificações e um revestimento peri-vascular insuficiente (redução de células de músculo liso, dos marcadores α-SMA e Pdgfr-β), indicativo de imaturidade vascular. Observa-se um aumento da permeabilidade, que leva a fenómenos de exsudação e consequente má perfusão do tumor. Este endotélio disfuncional acaba por sofrer regressão, condicionando o crescimento tumoral. Constata-se que eventos iniciais como a EMT e a seleção de clones de células tumorais estaminais (CSC) são inibidos pelo bloqueio endotelial-específico de Dll4, conduzindo a uma redução do número de células tumorais circulantes e do número e crescimento das macro-metástases. Os fenómenos posteriores de intravasação e extravasação estão também reduzidos, provavelmente pela não sinalização do tumor primário à medula óssea, via Dll4/ Notch1/ Hey1/ TGF-β. Pelo que, há uma redução da mobilização de células mieloides Cd11c+/VEGFR-1+ para o nicho metastático (pulmão) e fraca deposição de fibronectina, que seria essencial para a acomodação das células tumorais circulantes/metastáticas. De salientar, que não ocorre sinalização parácrina entre o endotélio pulmonar e as células tumorais metastáticas, já que não se verifica marcação para N1ICD pulmonar. No caso da avaliação do papel do ganho-de-função endotelial-específico de Dll4, verificouse que a redução do crescimento tumoral resulta duma diminuição da angiogénese (com redução concordante da expressão dos receptores pro-angiogénicos Vgfr1 e Vgfr2), mas também da sua normalização. Trata-se duma árvore vascular com poucas ramificações, com características de maturidade evidenciadas pelo grande revestimento peri-vascular (aumento de células de músculo liso, dos marcadores α-SMA, Pdgfr-βe Ephrin-B2), permitindo um fluxo sanguíneo eficiente, ainda que inferior ao normal, pela redução da densidade vascular. Este efeito, aparentemente paradoxal (contra-intuitivo), acaba por promover um melhor aporte da doxorrubicina (quimioterápico), com bloqueio do crescimento e/ou indução da apoptose tumoral. Esta normalização parece também inibir a metastização, já que apesar de haver um aumento da expressão dos marcadores de EMT, essas células tumorais acabam por ficar “aprisionadas” no endotélio tumoral, dado que se constata uma redução do número de macro-metástases. No entanto, este modelo carece de clarificação no número de células tumorais circulantes, bem como nas restantes etapas da metastização que não chegaram a ser exploradas. Em ambos os modelos, verifica-se que é a função endotelial Dll4/Notch, e não a hipóxia tumoral, que determina a sinalização para EMT e seleção de CSC. Concluindo, observa-se no contexto da dinâmica tumoral fenótipos opostos para os modelos de perda e ganho-de-função endotelial-específico de Dll4, em linha com o que já foi descrito para o contexto da cicatrização de feridas. Estamos novamente perante o conceito de dose-dependência de Dll4, com aparente repercussão também na metastização. Isto porque o fenótipo final é o mesmo, de redução do número de macrometástases, apesar das diferenças na angiogénese tumoral e no evento inicial de EMT, ficando por explorar a restante cascata da metastização. O uso do ligando Dll4, na forma de sub ou sobre-expressão, pode constituir uma nova abordagem terapêutica ao tratamento dos cancros da mama e colo-rectal metastizados, a par de outros anti-angiogénicos já utilizados. Mas mais interessante será explorar a sua abordagem como fármacos antagonistas ou agonistas, numa estratégia de prevenção da metastização.N/

Relatório estágio profissional

Relatório final do estágio profissionalizante do 6.º an

Characterisation of microbial attack on archaeological bone

As part of an EU funded project to investigate the factors influencing bone preservation in the archaeological record, more than 250 bones from 41 archaeological sites in five countries spanning four climatic regions were studied for diagenetic alteration. Sites were selected to cover a range of environmental conditions and archaeological contexts. Microscopic and physical (mercury intrusion porosimetry) analyses of these bones revealed that the majority (68%) had suffered microbial attack. Furthermore, significant differences were found between animal and human bone in both the state of preservation and the type of microbial attack present. These differences in preservation might result from differences in early taphonomy of the bones. © 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved

The surgical safety checklist and patient outcomes after surgery: a prospective observational cohort study, systematic review and meta-analysis

© 2017 British Journal of Anaesthesia Background: The surgical safety checklist is widely used to improve the quality of perioperative care. However, clinicians continue to debate the clinical effectiveness of this tool. Methods: Prospective analysis of data from the International Surgical Outcomes Study (ISOS), an international observational study of elective in-patient surgery, accompanied by a systematic review and meta-analysis of published literature. The exposure was surgical safety checklist use. The primary outcome was in-hospital mortality and the secondary outcome was postoperative complications. In the ISOS cohort, a multivariable multi-level generalized linear model was used to test associations. To further contextualise these findings, we included the results from the ISOS cohort in a meta-analysis. Results are reported as odds ratios (OR) with 95% confidence intervals. Results: We included 44 814 patients from 497 hospitals in 27 countries in the ISOS analysis. There were 40 245 (89.8%) patients exposed to the checklist, whilst 7508 (16.8%) sustained ≥1 postoperative complications and 207 (0.5%) died before hospital discharge. Checklist exposure was associated with reduced mortality [odds ratio (OR) 0.49 (0.32–0.77); P\u3c0.01], but no difference in complication rates [OR 1.02 (0.88–1.19); P=0.75]. In a systematic review, we screened 3732 records and identified 11 eligible studies of 453 292 patients including the ISOS cohort. Checklist exposure was associated with both reduced postoperative mortality [OR 0.75 (0.62–0.92); P\u3c0.01; I2=87%] and reduced complication rates [OR 0.73 (0.61–0.88); P\u3c0.01; I2=89%). Conclusions: Patients exposed to a surgical safety checklist experience better postoperative outcomes, but this could simply reflect wider quality of care in hospitals where checklist use is routine

Critical care admission following elective surgery was not associated with survival benefit: prospective analysis of data from 27 countries

This was an investigator initiated study funded by Nestle Health Sciences through an unrestricted research grant, and by a National Institute for Health Research (UK) Professorship held by RP. The study was sponsored by Queen Mary University of London