Bmi-1 é uma proteína do grupo Polycomb capaz de induzir atividade de telomerase, levando à imortalização de células epiteliais. As células, quando imortalizadas, se tronam mais susceptíveis a danos em dupla fita (double-strand breaks (DSB))e a recombinação homóloga é uma das duas vias de reparo dos DSBs. Dentre os genes reguladores da recombinação homóloga temos o BRCA-1, que está envolvido na resposta ao dano associado à proteína RAD51, que por sua vez se acumula rapidamente nos focos de dano ao DNA após a sinalização do H2AX, que têm se mostrado um excelente marcador de dano celular por se acumular rapidamente nos focos de lesão, desencadeando o processo de reparo. Topoisomerase III (TopoIII) remove intermediários da recombinação homóloga antes da segregação de cromossomos, prevenindo danos à estrutura do DNA celular. O papel das proteínas envolvidas na recombinação homóloga, em carcinomas ductais invasores positivos para o BMI-1, necessita ser investigado. Utilizando-se tissue microarrays contendo 239 casos de carcinomas ductais mamários primários, foi analisada a expressão imunoistoquímica de BMI-1, receptor de estrógeno, receptor de progesterona, HER-2, Ki67, p53 e BRCA-1, H2AX, RAD51 e topoisomerase III. Positividade para o Bmi-1 foi encontrada em 66 casos (27.6%). A positividade imunoistoquímica do BMI-1 relacionou-se a RE (p=0,004), RP (p<0,001), Ki-67 (p < 0,001), p53 (p=0,003), BRCA-1(p= 0,003), H2AX (p= 0,024) e TopoIII (p < 0,001). Concluindo, nossos resultados mostraram haver relação entre o BMI-1 e genes reguladores da HR, sugerindo que a positividade de BMI-1 pode ser um importante evento na recombinação homóloga em carcinomas ductais invasores da mama. / Bmi-1 is a Polycomb group protein which is able to induce telomerase activity, enabling the immortalization of epithelial cells. Immortalized cells shown more susceptible to double-strand breaks (DSB) and the homologous recombination (HR) are one of DSB repair pathways. Among the regulatory genes in HR, there is BRCA1, involved in the response to DNA damage associated with the RAD51 protein, which accumulates in DNA damage foci after signaling H2AX. H2AX has also been shown to be a good marker of DNA damage. Topoisomerase III (TopoIII) removes HR intermediates before the segregation of chromosomes, preventing damage to the structure of the cellular DNA. The role of proteins involved in HR, in breast carcinomas positive for BMI-1, remains to be investigated. The aim of this study was evaluate the association between BMI-1 and homologous recombination proteins. Using tissue microarrays containing 239 cases of primary breast tumors, the expression of Bmi-1, BRCA-1, H2AX, Rad51, p53, Ki-67, topoisomerase III, RE, RP and HER-2 was analyzed by immunohistochemistry. We observe high expression of Bmi-1 in 66 cases (27.6%). Immunohistochemistry overexpression of BMI-1 was related to RE (p=0,004), RP (p<0,001), Ki-67 (p < 0,001), p53 (p=0,003), BRCA-1(p= 0,003), H2AX (p= 0,024) and TopoIII (p < 0,001). Our results showed a relation between the expression of BMI-1 and HR regulatory genes, suggesting that overexpression of Bmi-1 is an important event in breast cancer homologous recombination.

Bmi-1 é uma proteína do grupo Polycomb capaz de induzir atividade de telomerase, levando à imortalização de células epiteliais. As células, quando imortalizadas, se tronam mais susceptíveis a danos em dupla fita (double-strand breaks (DSB))e a recombinação homóloga é uma das duas vias de reparo dos DSBs. Dentre os genes reguladores da recombinação homóloga temos o BRCA-1, que está envolvido na resposta ao dano associado à proteína RAD51, que por sua vez se acumula rapidamente nos focos de dano ao DNA após a sinalização do H2AX, que têm se mostrado um excelente marcador de dano celular por se acumular rapidamente nos focos de lesão, desencadeando o processo de reparo. Topoisomerase III (TopoIII) remove intermediários da recombinação homóloga antes da segregação de cromossomos, prevenindo danos à estrutura do DNA celular. O papel das proteínas envolvidas na recombinação homóloga, em carcinomas ductais invasores positivos para o BMI-1, necessita ser investigado. Utilizando-se tissue microarrays contendo 239 casos de carcinomas ductais mamários primários, foi analisada a expressão imunoistoquímica de BMI-1, receptor de estrógeno, receptor de progesterona, HER-2, Ki67, p53 e BRCA-1, H2AX, RAD51 e topoisomerase III. Positividade para o Bmi-1 foi encontrada em 66 casos (27.6%). A positividade imunoistoquímica do BMI-1 relacionou-se a RE (p=0,004), RP (p<0,001), Ki-67 (p < 0,001), p53 (p=0,003), BRCA-1(p= 0,003), H2AX (p= 0,024) e TopoIII (p < 0,001). Concluindo, nossos resultados mostraram haver relação entre o BMI-1 e genes reguladores da HR, sugerindo que a positividade de BMI-1 pode ser um importante evento na recombinação homóloga em carcinomas ductais invasores da mama. / Bmi-1 is a Polycomb group protein which is able to induce telomerase activity, enabling the immortalization of epithelial cells. Immortalized cells shown more susceptible to double-strand breaks (DSB) and the homologous recombination (HR) are one of DSB repair pathways. Among the regulatory genes in HR, there is BRCA1, involved in the response to DNA damage associated with the RAD51 protein, which accumulates in DNA damage foci after signaling H2AX. H2AX has also been shown to be a good marker of DNA damage. Topoisomerase III (TopoIII) removes HR intermediates before the segregation of chromosomes, preventing damage to the structure of the cellular DNA. The role of proteins involved in HR, in breast carcinomas positive for BMI-1, remains to be investigated. The aim of this study was evaluate the association between BMI-1 and homologous recombination proteins. Using tissue microarrays containing 239 cases of primary breast tumors, the expression of Bmi-1, BRCA-1, H2AX, Rad51, p53, Ki-67, topoisomerase III, RE, RP and HER-2 was analyzed by immunohistochemistry. We observe high expression of Bmi-1 in 66 cases (27.6%). Immunohistochemistry overexpression of BMI-1 was related to RE (p=0,004), RP (p<0,001), Ki-67 (p < 0,001), p53 (p=0,003), BRCA-1(p= 0,003), H2AX (p= 0,024) and TopoIII (p < 0,001). Our results showed a relation between the expression of BMI-1 and HR regulatory genes, suggesting that overexpression of Bmi-1 is an important event in breast cancer homologous recombination.

O adenoma pleomórfico (AP) é a neoplasia mais frequente das glândulas salivares e a sua transformação maligna em um carcinoma ex-adenoma pleomórfico (CXAP) é um evento incomum que ocorre em menos de 10% dos casos. O CXAP é tipicamente uma neoplasia infiltrativa, de alto grau e associada com metástase linfonodal no momento do diagnóstico. Acredita-se que a patogênese do CXAP tenha como base o acúmulo de alterações genéticas em APs de longa duração. Evidências recentes têm demonstrado que neoplasias podem conter subpopulações de células raras, com capacidade de auto-renovação e potencial proliferativo indefinido, as chamadas células-tronco neoplásicas (CTN). As CTN parecem estar envolvidas nos processos de iniciação e progressão neoplásicas, assim como metástases e resistência terapêutica. O objetivo deste trabalho foi avaliar a expressão imuno-histoquímica, tanto nas áreas benignas quanto nas malignas, dos fatores de transcrição relacionados à pluripotência de células-tronco Bmi-1, SOX2 e Nanog em CXAPs em fases precoces (7 intracapsulares e 3 minimamente invasivos) e avançada (14 francamente invasivos) de progressão histológica. A análise dos resultados de imuno-histoquímica foi realizada de maneira semi-quantitativa de acordo com o escore 0 (ausência de células positivas), 1 (<30% de células positivas), 2 (30-60% de células positivas e 3 (>60% de células positivas). Correlacionou-se, ainda, esses resultados com parâmetros anatomopatológicos de agressividade neoplásica através do teste Exato de Fisher. A parótida foi a glândula mais acometida em ambos os grupos (62,5%), e homens e mulheres foram igualmente acometidos. A média de idade foi 61,1 anos. No grupo de CXAPs precoces, Bmi-1 foi expresso no componente carcinomatoso de todos os casos e em escassas células das áreas benignas de 1 caso. O fator SOX2 foi expresso pelas células carcinomatosas em 90% desses casos e em escassas células do AP residual de 1 caso. Já Nanog foi expresso apenas no componente maligno de 60% dos casos. Por outro lado, Bmi-1 foi expresso nas áreas malignas de 71,4% dos CXAPs avançados e em ocasionais células da área benigna de 1 caso. O AP residual de nenhum caso desse grupo foi positivo para SOX2 e Nanog, que foram expressos pelas áreas malignas em 92,8% e 35,7% dos casos, respectivamente. Assim, notou-se queda na expressão de Bmi-1 e Nanog na progressão do CXAP. Ainda, a expressão de SOX2 parece correlacionar-se com necrose neoplásica (p=0,06) e metástase linfonodal ao diagnóstico (p=0,08), entretanto a amostra estudada parece pequena para evidenciar esse dado estatístico. Concluiu-se que Bmi-1, SOX2 e Nanog são superexpressos na transformação maligna do AP. Entretanto, Bmi-1 e Nanog aparentemente não exercem função determinante no processo de progressão neoplásica, ao passo que SOX2 parece contribuir com o processo de metástase em CXAP. / Pleomorphic adenoma (PA) is the most common salivary gland tumor and its malignant transformation into a carcinoma ex pleomorphic adenoma (CXPA) is an unusual event occuring in less than 10% of the cases. The CXPA is typically an infiltrative and high-grade neoplasm at diagnosis associated with lymph node metastases. It is believed that the pathogenesis of CXPA is based on the accumulation of genetic changes in long-standing PAs. Recent evidences have shown that tumors may contain subpopulations of rare cells, capable of self-renewal, and with indefinite proliferative potential, the so-called neoplastic stem cells (NSC). The NSC appears to be involved in neoplastic initiation and progression, as well as metastasis and treatment resistance. The objective of this study was to evaluate the immunohistochemical expression of stem cell-related pluripotency transcription factors Bmi-1, SOX2, and Nanog in benign and malignant areas of CXPA at early (7 intracapsular and 3 minimally invasive) and advanced (14 frankly invasive) stages of histological progression. Immunohistochemical analysis was performed semiquantitatively according to the scores 0 (no positive cell), 1 (<30% positive cells), 2 (30-60% of cells positive, and 3 (>60% positive cells). These results were also correlated with pathological parameters of neoplastic aggressiveness using the Fisher\'s Exact test. The parotid gland was the most affected site in both groups (62.5%), and men and women were equally affected. The mean age was 61.1 years. In the early CXPA group, Bmi-1 was expressed in carcinomatous component of all cases and in occasional cells of benign areas of 1 case. The SOX2 factor was expressed by the carcinomatous cells in 90% of cases and scant cells in residual PA of 1 case. Nanog was expressed in 60% of cases, only in the malignant component. On the other hand, Bmi-1 was expressed in malignant areas of 71.4% of advanced CXPAs and in occasional cells of benign area of 1 case. The residual PA of none of the cases in this group was positive to SOX2 and Nanog, which were expressed by carcinomatous areas in 92.8% and 35.7% of cases, respectively. Thus, it was noted that Bmi-1 and Nanog expression decreases in CXPA progression. Yet, SOX2 expression seems to be correlated with neoplastic necrosis (p= 0.06) and lymph node metastasis at diagnosis (p=0.08), but the current sample seems to be small to evidence this statistic data. It was concluded that Bmi-1, Nanog, and SOX2 are overexpressed in malignant transformation of PA. However, Bmi-1 and Nanog apparently do not exert a decisive role in the process of neoplastic progression, while SOX2 seems to contribute to the process of metastasis in CXPA.

O adenoma pleomórfico (AP) é a neoplasia mais frequente das glândulas salivares e a sua transformação maligna em um carcinoma ex-adenoma pleomórfico (CXAP) é um evento incomum que ocorre em menos de 10% dos casos. O CXAP é tipicamente uma neoplasia infiltrativa, de alto grau e associada com metástase linfonodal no momento do diagnóstico. Acredita-se que a patogênese do CXAP tenha como base o acúmulo de alterações genéticas em APs de longa duração. Evidências recentes têm demonstrado que neoplasias podem conter subpopulações de células raras, com capacidade de auto-renovação e potencial proliferativo indefinido, as chamadas células-tronco neoplásicas (CTN). As CTN parecem estar envolvidas nos processos de iniciação e progressão neoplásicas, assim como metástases e resistência terapêutica. O objetivo deste trabalho foi avaliar a expressão imuno-histoquímica, tanto nas áreas benignas quanto nas malignas, dos fatores de transcrição relacionados à pluripotência de células-tronco Bmi-1, SOX2 e Nanog em CXAPs em fases precoces (7 intracapsulares e 3 minimamente invasivos) e avançada (14 francamente invasivos) de progressão histológica. A análise dos resultados de imuno-histoquímica foi realizada de maneira semi-quantitativa de acordo com o escore 0 (ausência de células positivas), 1 (<30% de células positivas), 2 (30-60% de células positivas e 3 (>60% de células positivas). Correlacionou-se, ainda, esses resultados com parâmetros anatomopatológicos de agressividade neoplásica através do teste Exato de Fisher. A parótida foi a glândula mais acometida em ambos os grupos (62,5%), e homens e mulheres foram igualmente acometidos. A média de idade foi 61,1 anos. No grupo de CXAPs precoces, Bmi-1 foi expresso no componente carcinomatoso de todos os casos e em escassas células das áreas benignas de 1 caso. O fator SOX2 foi expresso pelas células carcinomatosas em 90% desses casos e em escassas células do AP residual de 1 caso. Já Nanog foi expresso apenas no componente maligno de 60% dos casos. Por outro lado, Bmi-1 foi expresso nas áreas malignas de 71,4% dos CXAPs avançados e em ocasionais células da área benigna de 1 caso. O AP residual de nenhum caso desse grupo foi positivo para SOX2 e Nanog, que foram expressos pelas áreas malignas em 92,8% e 35,7% dos casos, respectivamente. Assim, notou-se queda na expressão de Bmi-1 e Nanog na progressão do CXAP. Ainda, a expressão de SOX2 parece correlacionar-se com necrose neoplásica (p=0,06) e metástase linfonodal ao diagnóstico (p=0,08), entretanto a amostra estudada parece pequena para evidenciar esse dado estatístico. Concluiu-se que Bmi-1, SOX2 e Nanog são superexpressos na transformação maligna do AP. Entretanto, Bmi-1 e Nanog aparentemente não exercem função determinante no processo de progressão neoplásica, ao passo que SOX2 parece contribuir com o processo de metástase em CXAP. / Pleomorphic adenoma (PA) is the most common salivary gland tumor and its malignant transformation into a carcinoma ex pleomorphic adenoma (CXPA) is an unusual event occuring in less than 10% of the cases. The CXPA is typically an infiltrative and high-grade neoplasm at diagnosis associated with lymph node metastases. It is believed that the pathogenesis of CXPA is based on the accumulation of genetic changes in long-standing PAs. Recent evidences have shown that tumors may contain subpopulations of rare cells, capable of self-renewal, and with indefinite proliferative potential, the so-called neoplastic stem cells (NSC). The NSC appears to be involved in neoplastic initiation and progression, as well as metastasis and treatment resistance. The objective of this study was to evaluate the immunohistochemical expression of stem cell-related pluripotency transcription factors Bmi-1, SOX2, and Nanog in benign and malignant areas of CXPA at early (7 intracapsular and 3 minimally invasive) and advanced (14 frankly invasive) stages of histological progression. Immunohistochemical analysis was performed semiquantitatively according to the scores 0 (no positive cell), 1 (<30% positive cells), 2 (30-60% of cells positive, and 3 (>60% positive cells). These results were also correlated with pathological parameters of neoplastic aggressiveness using the Fisher\'s Exact test. The parotid gland was the most affected site in both groups (62.5%), and men and women were equally affected. The mean age was 61.1 years. In the early CXPA group, Bmi-1 was expressed in carcinomatous component of all cases and in occasional cells of benign areas of 1 case. The SOX2 factor was expressed by the carcinomatous cells in 90% of cases and scant cells in residual PA of 1 case. Nanog was expressed in 60% of cases, only in the malignant component. On the other hand, Bmi-1 was expressed in malignant areas of 71.4% of advanced CXPAs and in occasional cells of benign area of 1 case. The residual PA of none of the cases in this group was positive to SOX2 and Nanog, which were expressed by carcinomatous areas in 92.8% and 35.7% of cases, respectively. Thus, it was noted that Bmi-1 and Nanog expression decreases in CXPA progression. Yet, SOX2 expression seems to be correlated with neoplastic necrosis (p= 0.06) and lymph node metastasis at diagnosis (p=0.08), but the current sample seems to be small to evidence this statistic data. It was concluded that Bmi-1, Nanog, and SOX2 are overexpressed in malignant transformation of PA. However, Bmi-1 and Nanog apparently do not exert a decisive role in the process of neoplastic progression, while SOX2 seems to contribute to the process of metastasis in CXPA.

Multiple myeloma (MM) is a hematological malignancy of antibody producing plasmablasts/plasma cells. MM is characterized by extensive genetic and clonal heterogeneity, which have hampered the attempts to identify a common underlying mechanism for disease establishment and development of appropriate treatment regimes. This thesis is focused on understanding the role of epigenetic regulation of gene expression mediated by the polycomb repressive complexes 1 and 2 (PRC1 and 2) in MM and their impact on disease biology and therapy. In paper I the genome-wide distribution of two histone methylation marks; H3K27me3 and H3K4me3 were studied in plasma cells isolated from newly diagnosed MM patients or age-matched normal donors. We were able to define targets of H3K27me3, H3K4me3 and bivalent (carry both marks) which are, when compared to normal individuals, unique to MM patients. The presence of H3K27me3 correlated with silencing of MM unique H3K27me3 targets in MM patients at advanced stages of the disease. Notably, the expression pattern of H3K27me3-marked genes correlated with poor patient survival. We also showed that inhibition of the PRC2 enzymatic subunit EZH2 using highly selective inhibitors (GSK343 and UNC1999) demonstrated anti-myeloma activity using relevant in vitro models of MM. These data suggest an important role for gene repression mediated by PRC2 in MM, and highlights the PRC2 component EZH2 as a potential therapeutic target in MM. In paper II we further explored the therapeutic potential of UNC1999, a highly selective inhibitor of EZH2 in MM. We showed that EZH2 inhibition by UNC1999 downregulated important MM oncogenes; IRF-4, XBP-1, BLIMP-1and c-MYC. These oncogenes have been previously shown to be crucial for disease establishment, growth and progression. We found that EZH2 inhibition reactivated the expression of microRNAs genes previously found to be underexpressed in MM and which possess potential tumor suppressor functions. Among the reactivated microRNAs we identified miR-125a-3p and miR-320c as predicted negative regulators of the MM-associated oncogenes. Notably, we defined miR-125a-3p and miR-320c as targets of EZH2 and H3K27me3 in MM cell lines and patients samples.  These findings described for the first time PRC2/EZH2/H3K27me3 as regulators of microRNA with tumor suppressor functions in MM. This further strengthens the oncogenic features of EZH2 and its potential as a therapeutic target in MM. In paper III we evaluated the therapeutic potential of targeting PRC1 in MM using the recently developed chemical PTC-209; an inhibitor targeting the BMI-1 subunit of PRC1. Using MM cell lines and primary cells isolated from newly diagnosed or relapsed MM patients, we found that PTC-209 has a potent anti-MM activity. We showed, for the first time in MM, that PTC-209 anti-MM effects were mediated by on-target effects i.e. downregulation of BMI-1 protein and the associated repressive histone mark H2AK119ub, but that other subunits of the PRC1 complex were not affected. We showed that PTC-209 reduced MM cell viability via significant induction of apoptosis. More importantly, we demonstrated that PTC-209 shows synergistic anti-MM activity with other epigenetic inhibitors targeting EZH2 (UNC1999) and BET-bromodomains (JQ1). This work highlights the potential use of BMI-1 and PRC1 as potential therapeutic targets in MM alone or in combination with other anti-MM agents including epigenetic inhibitors.

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Modificações nas histonas são conhecidas por regular a estrutura conformacional da cromatina e a expressão gênica em células adultas e células-tronco pluripotentes. Tem sido postulado que a acetilação e deacetilação das histonas podem influenciar a expressão de genes envolvidos na iniciação, progressão e metástase tumoral, além de contribuir para o desenvolvimento de resistência à quimioterapia. Assim, buscou-se avaliar a influência das modificações nas histonas sobre a biologia do carcinoma epidermoide de cabeça e pescoço (CECP) e sua respectiva subpopulação de células semelhantes às células-tronco (CSC). Inicialmente, foi checado os níveis de acetilação da histona H3 (membro das histonas nucleares associado à compactação da cromatina) em um painel representativo de linhagens celulares de CECP. Posteriormente, para estudar a influência do estroma tumoral no padrão de acetilação da histona H3, o microambiente do tumor foi mimetizado através da utilização de meio condicionado derivado do cultivo de fibroblastos e cultura primária de células endoteliais humanas. Além disso, validamos esses resultados in vitro por meio de amostras humanas de CECP. Finalmente, a acetilação e deacetilação da cromatina foi induzida, respectivamente, pela administração dos inibidores das enzimas histona deacetilase tricostatina A (TSA) e histona acetiltransferase curcumina, em linhagens celulares de CECP. Foi feita a análise da formação de esferas (ensaio funcional de células-tronco), juntamente com a verificação dos níveis de ALDH, marcador de células-tronco (citometria de fluxo - FACS), além da determinação do índice de proliferação tumoral (Ki-67) e realização dos ensaios de invasão e migração celular. Linhagens celulares de CECP apresentaram níveis baixos de acetilação da histona H3 e demonstraram capacidade de retenção de uma subpopulação de CSC. Apenas o meio condicionado de células endoteliais humanas foi capaz de alterar a conformação da cromatina, uma vez que induziu o aumento da acetilação da histona H3. Interessantemente, foi também notado um concomitante aumento da agressividade de linhagens celulares de CECP (aumento dos níveis de BMI-1 e vimentina). Esses resultados foram confirmados em amostras humanas de CECP que mostraram, apenas no fronte de invasão, células com cromatina acetilada. Curiosamente, essas mesmas células também expressaram vimentina. Os tratamentos com TSA e curcumina resultaram na diminuição significativa da subpopulação de CSC, interrompendo a formação de esferas e reduzindo os níveis de ALDH. Além disso, o tratamento com curcumina mostrou resultados muito interessantes, uma vez que gerou uma redução evidente da invasão celular e impactou por completo o potencial de migração tumoral, sendo nesse sentido mais eficiente que a cisplatina, droga antineoplásica bem estabelecida. Por outro lado, o tratamento com TSA induziu a transição epitélio-mesenquimal nas linhagens celulares de CECP, detectada pelo aumento da expressão de vimentina e indução de um fenótipo fusiforme, juntamente com o aumento da invasão tumoral e os níveis de BMI-1. Portanto, a organização da cromatina está envolvida na modulação da presença de CSC e os altos níveis de acetilação das histonas intensificam o comportamento agressivo de células de CECP. / Histone modifications are known to regulate chromatin conformation structure and gene expression in adult cells and pluripotent stem cells. It has been postulated that histone acetylation and deacetylation could influence the expression of genes involved in cancer initiation, progression, metastasis, and development of resistance to chemotherapies. Here, we sought to evaluate the influence of histone modifications over the biology of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) and its stem cell-like subpopulation (CSC). Initially, we checked the status of histone H3 acetylation (a member of the core histones associated to chromatin compaction) in a representative set of HNSCC cell lines. Subsequently, to analyze the influence of tumor stroma over the histone H3 acetylation, we mimicked the tumor microenvironment by using conditioned medium from fibroblasts and primary human endothelial cells. Further we validated these in vitro findings through human samples of HNSCC. Finally, we induced chromatin acetylation and deacetylation by the administration of the histone deacetylase inhibitor trichostatin A (TSA) and histone acetyltransferase inhibitor curcumin, respectively, in HNSCC cell lines. The analysis of spheres formation (stem cell functional assay), along with the levels of stem cells marker ALDH (showed by flow cytometry - FACS), tumor proliferation index (Ki-67), invasion and migration cellular potencial were verified. HNSCC cell lines showed lower levels of histone H3 acetylation and ability to retain a subpopulation of CSC. Only conditioned media from human endothelial cells was able to alter the conformation of chromatin, since it induced the increase of histone H3 acetylation. Interestingly, it was also noted a concomitant augment of HNSCC cell lines aggressiveness (enhanced BMI-1 and vimentin levels). These findings were confirmed in human samples of HNSCC that showed, only at the invasive front, cells with acetylated chromatin. Curiously, these same cells also expressed vimentin. TSA and curcumin treatments resulted in significant decrease of the CSC subpopulation by disrupting the spheres and reducing the levels of ALDH. Also, curcumin treatment showed exciting results since it caused an evident reduction of cellular invasion and it impacted the tumoral migration potential, being more efficient than cisplantin, a well-established antineoplastic drug. However, TSA induced epithelial to mesenchymal transition in HNSCC cell lines detected by the upregulation of vimentin and the induction of a fusiform phenotype along with augmented tumor invasion and the levels of BMI-1. Chromatin organization is involved in the modulation of CSC where high levels of histone acetylation intensify the aggressive behavior of HNSCC cells.

Modificações nas histonas são conhecidas por regular a estrutura conformacional da cromatina e a expressão gênica em células adultas e células-tronco pluripotentes. Tem sido postulado que a acetilação e deacetilação das histonas podem influenciar a expressão de genes envolvidos na iniciação, progressão e metástase tumoral, além de contribuir para o desenvolvimento de resistência à quimioterapia. Assim, buscou-se avaliar a influência das modificações nas histonas sobre a biologia do carcinoma epidermoide de cabeça e pescoço (CECP) e sua respectiva subpopulação de células semelhantes às células-tronco (CSC). Inicialmente, foi checado os níveis de acetilação da histona H3 (membro das histonas nucleares associado à compactação da cromatina) em um painel representativo de linhagens celulares de CECP. Posteriormente, para estudar a influência do estroma tumoral no padrão de acetilação da histona H3, o microambiente do tumor foi mimetizado através da utilização de meio condicionado derivado do cultivo de fibroblastos e cultura primária de células endoteliais humanas. Além disso, validamos esses resultados in vitro por meio de amostras humanas de CECP. Finalmente, a acetilação e deacetilação da cromatina foi induzida, respectivamente, pela administração dos inibidores das enzimas histona deacetilase tricostatina A (TSA) e histona acetiltransferase curcumina, em linhagens celulares de CECP. Foi feita a análise da formação de esferas (ensaio funcional de células-tronco), juntamente com a verificação dos níveis de ALDH, marcador de células-tronco (citometria de fluxo - FACS), além da determinação do índice de proliferação tumoral (Ki-67) e realização dos ensaios de invasão e migração celular. Linhagens celulares de CECP apresentaram níveis baixos de acetilação da histona H3 e demonstraram capacidade de retenção de uma subpopulação de CSC. Apenas o meio condicionado de células endoteliais humanas foi capaz de alterar a conformação da cromatina, uma vez que induziu o aumento da acetilação da histona H3. Interessantemente, foi também notado um concomitante aumento da agressividade de linhagens celulares de CECP (aumento dos níveis de BMI-1 e vimentina). Esses resultados foram confirmados em amostras humanas de CECP que mostraram, apenas no fronte de invasão, células com cromatina acetilada. Curiosamente, essas mesmas células também expressaram vimentina. Os tratamentos com TSA e curcumina resultaram na diminuição significativa da subpopulação de CSC, interrompendo a formação de esferas e reduzindo os níveis de ALDH. Além disso, o tratamento com curcumina mostrou resultados muito interessantes, uma vez que gerou uma redução evidente da invasão celular e impactou por completo o potencial de migração tumoral, sendo nesse sentido mais eficiente que a cisplatina, droga antineoplásica bem estabelecida. Por outro lado, o tratamento com TSA induziu a transição epitélio-mesenquimal nas linhagens celulares de CECP, detectada pelo aumento da expressão de vimentina e indução de um fenótipo fusiforme, juntamente com o aumento da invasão tumoral e os níveis de BMI-1. Portanto, a organização da cromatina está envolvida na modulação da presença de CSC e os altos níveis de acetilação das histonas intensificam o comportamento agressivo de células de CECP. / Histone modifications are known to regulate chromatin conformation structure and gene expression in adult cells and pluripotent stem cells. It has been postulated that histone acetylation and deacetylation could influence the expression of genes involved in cancer initiation, progression, metastasis, and development of resistance to chemotherapies. Here, we sought to evaluate the influence of histone modifications over the biology of head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) and its stem cell-like subpopulation (CSC). Initially, we checked the status of histone H3 acetylation (a member of the core histones associated to chromatin compaction) in a representative set of HNSCC cell lines. Subsequently, to analyze the influence of tumor stroma over the histone H3 acetylation, we mimicked the tumor microenvironment by using conditioned medium from fibroblasts and primary human endothelial cells. Further we validated these in vitro findings through human samples of HNSCC. Finally, we induced chromatin acetylation and deacetylation by the administration of the histone deacetylase inhibitor trichostatin A (TSA) and histone acetyltransferase inhibitor curcumin, respectively, in HNSCC cell lines. The analysis of spheres formation (stem cell functional assay), along with the levels of stem cells marker ALDH (showed by flow cytometry - FACS), tumor proliferation index (Ki-67), invasion and migration cellular potencial were verified. HNSCC cell lines showed lower levels of histone H3 acetylation and ability to retain a subpopulation of CSC. Only conditioned media from human endothelial cells was able to alter the conformation of chromatin, since it induced the increase of histone H3 acetylation. Interestingly, it was also noted a concomitant augment of HNSCC cell lines aggressiveness (enhanced BMI-1 and vimentin levels). These findings were confirmed in human samples of HNSCC that showed, only at the invasive front, cells with acetylated chromatin. Curiously, these same cells also expressed vimentin. TSA and curcumin treatments resulted in significant decrease of the CSC subpopulation by disrupting the spheres and reducing the levels of ALDH. Also, curcumin treatment showed exciting results since it caused an evident reduction of cellular invasion and it impacted the tumoral migration potential, being more efficient than cisplantin, a well-established antineoplastic drug. However, TSA induced epithelial to mesenchymal transition in HNSCC cell lines detected by the upregulation of vimentin and the induction of a fusiform phenotype along with augmented tumor invasion and the levels of BMI-1. Chromatin organization is involved in the modulation of CSC where high levels of histone acetylation intensify the aggressive behavior of HNSCC cells.

Small ubiquitin-like modifier (SUMO) regulates numerous biological functions. In a previous study we found that sumoylation of HSF2 is involved in regulating HSF2 bookmarking function, but the mechanism that mediates this regulation was unknown. The results in my work support the intriguing hypothesis that polycomb protein, Mel-18, actually functions as an anti-SUMO E3 protein, interacting both with HSF2 and the SUMO E2 Ubc9, but acting to inhibit Ubc9 activity and thereby decrease sumoylation of the HSF2. This study also suggested that Mel-18 negatively regulates the sumoylation of other cellular proteins, and we extend its targets to RanGAP1 protein. The results also show that RanGAP1 sumoylation is decreased during mitosis, and that this is associated with increased interaction between RanGAP1 and Mel-18. Previous studies showed little evidence of anti-SUMO E3 proteins, however, my study, taken together, found Mel-18 actually functions as a novel anti-SUMO E3 protein, interacting both with substrates and the SUMO E2 Ubc9 but acting to inhibit Ubc9 activity to decrease sumoylation of target proteins and also provide an explanation for how mitotic HSF2/RanGAP1 sumoylation is regulated. This finding also gives a clue for a future study direction in Mel-18 as a tumor suppressor: the anti-SUMO E3 function. Additionally, we identify a single-nucleotide polymorphism in another human PcG protein, Bmi-1, that changes a cysteine residue within its RING domain, cysteine 18, to a tyrosine. This C18Y polymorphism is associated with a significant decrease in levels of the Bmi-1 protein. Furthermore, the C18Y Bmi-1 protein exhibits a very high level of ubiquitination compared to wild-type Bmi-1, suggesting that that the low levels of this form of Bmi-1 are due to its destruction by the ubiquitin-proteasome system. Consistent with this hypothesis, treatment of cells with the proteasome inhibitor MG-132 results in a significant increase in levels of C18Y Bmi-1. This is the first example of a polymorphism in human Bmi- 1 that reduces levels of this important protein.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.