Doctor of Philosophy / Department of Biochemistry / Dolores J. Takemoto / Connexin proteins are the principle structural components of gap junction channels that connect the cytoplasm of two cells and maintain direct intercellular communication through the exchange of ions, small molecules and cellular metabolites. Colocalization and tissue-specific expression of diverse connexin molecules are reported to occur in a variety of organs. Impairment of gap junctional intercellular communication, caused by mutations, gain of function or loss of function of connexins, is involved in a number of diseases including the development of cancer. Here the functions of a gap junction protein, connexin46 (Cx46), have been investigated in two hypoxic tissues, lens and breast tumor. We show that human breast cancer cells, MCF-7 and breast tumor tissues express connexin46 (Cx46) and it plays a critical role in protecting cells against hypoxia-induced death. Interestingly, I find that Cx46 is upregulated in MCF-7 breast cancer cells and human breast cancer tumors. Downregulation of Cx46 by siRNA promotes cell death of human lens epithelial cells (HLEC) and MCF-7 cells under hypoxic conditions. Furthermore, direct injection of anti-Cx46 siRNA into xenograft tumors prevents tumor growth in nude mice. Our result suggests that both normal hypoxic tissue (lens) and adaptive hypoxic tissue (breast tumor) utilize the same protein, Cx46, as a protective strategy against hypoxia. In the last part of the dissertation, we show that over expression of Cx46 induces the degradation of another connexin, connexin43, in rabbit lens epithelial NN1003A cells. Over expression of Cx46 increases ubiquitination of Cx43. Moreover, the Cx46-induced Cx43 degradation is counteracted by inhibitors of proteasome. Taken together, these data indicate that the degradation of Cx43, upon Cx46 over expression, is mediated by the ubiquitin-proteasome pathway. I also provide evidence that that C-terminal tail of Cx46 is essential to induce degradation of Cx43. Therefore, our study shows that Cx46 has a novel function in the regulation of Cx43 turnover in addition to its conventional role as a gap junction protein. This may contribute to protection from hypoxia in both the lens and tumors.

Die Ergebnisse dieser Arbeit lassen vermuten, dass die Connexin43 Anordnung an der der Zellmembran humaner Herzmuskelzellen pharmakologisch beeinflussbar ist. Es ist bekannt, dass sich Connexin43 an der polaren und lateralen Zellmembran beim Vorhofflimmern und Sinusrhythmus unterschiedlich anordnet. Während beim Sinusrhythmuspatienten Connexin43 kaum an der lateralen Zellmembran zu finden ist, zeigt sich beim Vorhofflimmern vor allem an der lateralen Zellmembran eine verstärkte Connexin43 Anhäufung. Neben dem Rhythmustyp hat auch β-Adrenozeptorstimulation Einfluss auf die Connexin43 Expression. Aus diesem Grund untersucht die vorliegende Arbeit den Einfluss einer pharmakologischen Blockade der β-Adrenozeptoren durch Betablocker. Dafür wurden 38 die untersuchten Patienten anhand ihres Rhythmustyps, ihrer kardialen Begleiterkrankung und ihrer Pharmakotherapie (Betablocker: ja/nein) unterteilt und neben deren klinischen Daten ihre intraoperativ gewonnenen Herzohrbiopsien immunhistochemisch gefärbt und anschließend ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass es zum einen zu einer unterschiedlichen Anordnung von Connexin43 bei den beiden Rhythmustypen kommt. Während beim Sinusrhythmus Connexin43 vor allem polar an der Zellmembran zu finden ist, ist es beim Vorhofflimmern vor allem an den lateralen Zellgrenzen zu finden. Betablockade geht hierbei vor allem beim Patienten mit Vorhofflimmern und Mitralklappenvitium mit einer Reduktion der Lateralisierung und einem positiven Effekt auf die Polarisierung einher.

O câncer é a segunda maior causa de morte no Brasil, atrás apenas de doenças cardíacas. Por isto, é evidente que grandes recursos sejam direcionados para a pesquisa no descobrimento de novas opções com a finalidade de erradicar esta doença. Dentre estas opções, a quimioprevenção do câncer tem chamado a atenção já que, mesmo com os imensos avanços no conhecimento sobre os mecanismos da carcinogênese e conseqüente desenvolvimento de novas drogas, os dados estatísticos de mortalidade não se tornaram menores. Somando-se a estes fatos, deve ser considerado que no Brasil o tratamento padrão do câncer não chega a todas as pessoas por ser extremamente caro. Desta forma, a quimioprevenção do câncer com fatores presentes na dieta ou oriundos de fontes consideradas baratas como fitoterápicos, deve ser apreciada. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos quimiopreventivos e antineoplásicos de uma planta brasileira, o guaraná (Paullinia cupana Mart var. sorbilis). Foram utilizados alguns experimentos em camundongos como indução genotóxica em fígado pela Dietilnitrosamina (DEN); carcinogênese pulmonar induzida pela 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK), uma nitrosamina presente no tabaco; tumor ascítico de Ehrlich; disseminação hematógena de melanoma B16/f10; e cultivo de células tumorais e não tumorais. Além disso, caracterizou-se o papel da Conexin43 na carcinogênese pulmonar induzida pelo NNK e os efeitos do guaraná sobre o receptor CAR e sua ação quando da administração do ligante do CAR, 1,4-bis[2-(3,5-dichloropiridiloxi)]benzeno (TCPOBOP). Pudemos observar efeitos quimiopreventivos e antineoplásicos do guaraná dependendo do modelo utilizado, demonstrando que seu modo de ação principal é a redução da proliferação celular. Além disso, observamos que os tumores de pulmão dos animais tratados com a planta apresentavam menor tamanho, menor grau maligno, menor índice de proliferação celular e menor ativação do fator de transcrição CREB. Observamos também que a Conexina43 (Cx43) tem importante papel na carcinogênese pulmonar induzida pelo NNK, atuando como supressor tumoral e em fases tardias possivelmente tendo papel inverso, ou seja, como um oncogene. Caracterizamos os efeitos do guaraná sobre a ativação do receptor CAR e demonstramos que, por si só, o guaraná induz a expressão do CAR, além de alterar a expressão de alguns de seus transcritos como a CYP2B10 e CYP3A11. Ao analisarmos os efeitos de extratos de guaraná sobre células de tumor de pulmão (E9) in vitro, verificamos o mesmo efeito antiproliferativo, diminuindo a expressão do PCNA e da Conexina43 de maneira dose-dependente, além de verificar um aumento da expressão do receptor CAR. Ao fim propomos uma hipótese de mecanismo de ação baseando-se nas alterações encontradas oriundas da administração do guaraná. Concluímos que o guaraná apresenta componentes com ação antitumoral em camundongos, tendo efeito quimiopreventivo ou antineoplásico dependendo do modelo utilizado. / Cancer is the second biggest cause of deaths in Brazil, only behind of cardiac diseases. As a result, it is evident that great resources for research will be directed towards the discovery of new options to eradicate this disease. Among these options, cancer chemoprevention has calling for attention since the huge advances in the knowledge of carcinogenesis and development of new drugs did not decrease statistical data on mortality due to cancer. In addition, it must be considered that in Brazil, cancer therapy is not available for all given that it is too expensive. Therefore, cancer chemoprevention with dietary factors or from medicinal plants has got to be treasured. Following these lines, the aim of this work was to evaluate the chemopreventive and antineoplastic effects of a Brazilian plant, Paullinia cupana Mart var. sorbilis, most known as guarana. It was used several experiments in mice and cell culture essays as: protection against DEN-induced DNA damage; NNK-induced lung carcinogenesis; Ehrlich Ascitic Tumor; metastasis of B16/f10 melanoma cells; and cell culture of a tumorigenic and a non-tumorigenic cell lines. Additionally, it was characterized the role of Connexin43 in the NNK-induced lung carcinogenesis and the effects of guarana on the CAR receptor before and after the administration of TCPOBOP. We note a chemopreventive or antineoplastic effect of guarana depending on the model employed and showed that the mode of action responsible for these effects was reduced cell proliferation. Also, the lung tumors of guarana-treated animals were smaller, less aggressive, with decreased cell proliferation and CREB activation. On the other hand, we observed that Connexin43 have an important role on NNK-induced lung carcinogenesis because it may act as a tumor suppressor and in advanced stages as an oncogene. The effects of guarana on the CAR activation were characterized and we showed that guarana induces CAR mRNA expression, altering the levels of its transcripts as CYP2B10 and CYP3A11. We also examined the effects of guarana extracts on a lung tumor cell culture (E9 cells) and demonstrated the same antiproliferative effect observed previously, by decreased PCNA and Connexin43 proteins in a dose-dependent manner along with an increase in CAR protein. At last we hypothesized a mechanism of action for guarana effects basing in our findings. We concluded that guarana presents substances that have antitumoral effects in mice, enclosing a chemopreventive or antineoplastic effect depending on the model studied.

O câncer é a segunda maior causa de morte no Brasil, atrás apenas de doenças cardíacas. Por isto, é evidente que grandes recursos sejam direcionados para a pesquisa no descobrimento de novas opções com a finalidade de erradicar esta doença. Dentre estas opções, a quimioprevenção do câncer tem chamado a atenção já que, mesmo com os imensos avanços no conhecimento sobre os mecanismos da carcinogênese e conseqüente desenvolvimento de novas drogas, os dados estatísticos de mortalidade não se tornaram menores. Somando-se a estes fatos, deve ser considerado que no Brasil o tratamento padrão do câncer não chega a todas as pessoas por ser extremamente caro. Desta forma, a quimioprevenção do câncer com fatores presentes na dieta ou oriundos de fontes consideradas baratas como fitoterápicos, deve ser apreciada. Assim, este trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos quimiopreventivos e antineoplásicos de uma planta brasileira, o guaraná (Paullinia cupana Mart var. sorbilis). Foram utilizados alguns experimentos em camundongos como indução genotóxica em fígado pela Dietilnitrosamina (DEN); carcinogênese pulmonar induzida pela 4-(metilnitrosamino)-1-(3-piridil)-1-butanona (NNK), uma nitrosamina presente no tabaco; tumor ascítico de Ehrlich; disseminação hematógena de melanoma B16/f10; e cultivo de células tumorais e não tumorais. Além disso, caracterizou-se o papel da Conexin43 na carcinogênese pulmonar induzida pelo NNK e os efeitos do guaraná sobre o receptor CAR e sua ação quando da administração do ligante do CAR, 1,4-bis[2-(3,5-dichloropiridiloxi)]benzeno (TCPOBOP). Pudemos observar efeitos quimiopreventivos e antineoplásicos do guaraná dependendo do modelo utilizado, demonstrando que seu modo de ação principal é a redução da proliferação celular. Além disso, observamos que os tumores de pulmão dos animais tratados com a planta apresentavam menor tamanho, menor grau maligno, menor índice de proliferação celular e menor ativação do fator de transcrição CREB. Observamos também que a Conexina43 (Cx43) tem importante papel na carcinogênese pulmonar induzida pelo NNK, atuando como supressor tumoral e em fases tardias possivelmente tendo papel inverso, ou seja, como um oncogene. Caracterizamos os efeitos do guaraná sobre a ativação do receptor CAR e demonstramos que, por si só, o guaraná induz a expressão do CAR, além de alterar a expressão de alguns de seus transcritos como a CYP2B10 e CYP3A11. Ao analisarmos os efeitos de extratos de guaraná sobre células de tumor de pulmão (E9) in vitro, verificamos o mesmo efeito antiproliferativo, diminuindo a expressão do PCNA e da Conexina43 de maneira dose-dependente, além de verificar um aumento da expressão do receptor CAR. Ao fim propomos uma hipótese de mecanismo de ação baseando-se nas alterações encontradas oriundas da administração do guaraná. Concluímos que o guaraná apresenta componentes com ação antitumoral em camundongos, tendo efeito quimiopreventivo ou antineoplásico dependendo do modelo utilizado. / Cancer is the second biggest cause of deaths in Brazil, only behind of cardiac diseases. As a result, it is evident that great resources for research will be directed towards the discovery of new options to eradicate this disease. Among these options, cancer chemoprevention has calling for attention since the huge advances in the knowledge of carcinogenesis and development of new drugs did not decrease statistical data on mortality due to cancer. In addition, it must be considered that in Brazil, cancer therapy is not available for all given that it is too expensive. Therefore, cancer chemoprevention with dietary factors or from medicinal plants has got to be treasured. Following these lines, the aim of this work was to evaluate the chemopreventive and antineoplastic effects of a Brazilian plant, Paullinia cupana Mart var. sorbilis, most known as guarana. It was used several experiments in mice and cell culture essays as: protection against DEN-induced DNA damage; NNK-induced lung carcinogenesis; Ehrlich Ascitic Tumor; metastasis of B16/f10 melanoma cells; and cell culture of a tumorigenic and a non-tumorigenic cell lines. Additionally, it was characterized the role of Connexin43 in the NNK-induced lung carcinogenesis and the effects of guarana on the CAR receptor before and after the administration of TCPOBOP. We note a chemopreventive or antineoplastic effect of guarana depending on the model employed and showed that the mode of action responsible for these effects was reduced cell proliferation. Also, the lung tumors of guarana-treated animals were smaller, less aggressive, with decreased cell proliferation and CREB activation. On the other hand, we observed that Connexin43 have an important role on NNK-induced lung carcinogenesis because it may act as a tumor suppressor and in advanced stages as an oncogene. The effects of guarana on the CAR activation were characterized and we showed that guarana induces CAR mRNA expression, altering the levels of its transcripts as CYP2B10 and CYP3A11. We also examined the effects of guarana extracts on a lung tumor cell culture (E9 cells) and demonstrated the same antiproliferative effect observed previously, by decreased PCNA and Connexin43 proteins in a dose-dependent manner along with an increase in CAR protein. At last we hypothesized a mechanism of action for guarana effects basing in our findings. We concluded that guarana presents substances that have antitumoral effects in mice, enclosing a chemopreventive or antineoplastic effect depending on the model studied.

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