A Saccharomyces cerevisiae, un increment de la temperatura comporta diversos efectes deleteris en l’organització interna de la cèl∙lula i indueix una inducció ràpida, massiva i transitòria d’expressió gènica, que es controla principalment pels factors de transcripció Hsf1 i Msn2/4. En aquest estudi, fent servir un crivatge genètic a gran escala, hem identificat el conjunt d’activitats que es requereixen per a l’adaptació cel∙lular a l’estrés tèrmic. A més, hem trobat que el complex de desacetilació d’histones de Rpd3 és un component essencial per a l’adaptació i la supervivència a l’estrés tèrmic, i que es requereix per a l’adequada regulació de l’expressió gènica. Concretament, Rpd3 es necessita per a l’activació dels gens depenents de Msn2/4 en resposta a estrés tèrmic. A més, hem trobat que és el complex gran de Rpd3, però no el petit, el qui media l’adaptació cel∙lular. Un increment en l’osmolaritat externa activa la quinasa activada per estrés (SAPK) Hog1, que és essencial per induir diverses respostes adaptatives, com la regulació de l’expressió gènica. Hog1 controla al menys cinc factors de transcripció. Aquí ensenyem que els factors de transcripció Rtg1 i Rtg3 regulen l’expressió d’un conjunt de gens en resposta a estrés osmòtic, d’una manera depenent de Hog1. En resposta a estrés osmòtic, Hog1 es requereix per a l’acumulació nuclear del complex de transcripció de Rtg1/3. Un cop al nucli, Hog1 es recluta als promotors i la seva activitat es requereix per a la unió de Rtg1/3 a la cromatina. A més, la fosforilació de Rtg3 per Hog1 és un pas important per a l’adequada activació transcripcional. / In Saccharomyces cerevisiae, increases in temperature lead to deleterious effects on the internal organization of the cell, and lead to a massive and transient induction of gene expression, mainly controlled by Hsf1 and Msn2/4 transcription factors. In this study, by using a genome‐wide genetic screen, we identified the network of essential activities required for cell adaptation to heat stress. Moreover, we found that the Rpd3 histone deacetylase (HDAC) complex is an essential component for adaptation and survival to heat stress and it is required for proper regulation of gene expression. Specifically, Rpd3 is needed for activation of the Msn2/4‐dependent genes in response to heat stress. Moreover, we found that the large, but not the small Rpd3 complex mediates cell adaptation. Increases in the extracellular osmolarity activate the Hog1 stress‐activated protein kinase (SAPK), which is essential for the induction of diverse osmoadaptive responses, such as regulation of gene expression. At least five transcription factors have been shown to be controlled by Hog1. Here we show that the Rtg1 and Rtg3 transcription factors regulate the expression of a set of genes upon osmostress in a Hog1‐dependent manner. In response to osmostress, Hog1 is required for the nuclear accumulation of the Rtg1/3 transcription complex. Once in the nucleus, Hog1 is recruited at promoters and its activity is required for the binding of Rtg1/3 to chromatin. Moreover, Rtg3 phosphorylation by Hog1 is an important step for proper transcriptional activation.

L’Splicing de les molècules d’ARN és el procés pel qual les seqüències interposades (“introns”) s’eliminen, i les seqüències restants es concatenen per a formar l’ARN madur. La investigació recent mostra que gairebé tots els gens amb splicing es veuen afectats per splicing alternatiu. Aquí, en primer lloc definim la longitud mínima d’un oligomer d’ARN per a funcionar com a lloc d’unió d’un factor d’splicing. A continuació, explorem la capacitat d’aquests oligomers per a predir estructures completes exó-intró. Destaquem els oligomers que són més informatius per a això, i demostrem que la mateixa precisió com en enfocaments anteriors es pot aconseguir amb menys oligomers. L’observació de que aquest enfocament és lluny de predir amb exactitud tota l’estructura exó-intró ens va portar a investigar els factors que juguen un paper en l’splicing co-transcripcional. Demostrem que els nucleosomes es col.loquen preferentment en els exons i plantegem la hipòtesi que juguen un paper en les decisions de l’splicing. A continuació, introduïm el “completed splicing index” i concluem que l’splicing co-transcripcional és molt generalitzat. A més, l’splicing co-transcripcional mostra vincles amb l’organització de la cromatina. A la llum d’aquests resultats, es van supervisar els canvis de la cromatina en exons diferencialment inclosos en dos teixits. Hem descobert una varietat de marques de les histones, però no totes, mostrant un comportament significativament diferent en els exons més inclosos i més exclosos. Las marques més destacades que apareixen són H3K9ac i dos estats de metilació de lisina 4. / Splicing of RNA molecules is the process, by which intervening sequences (“introns”) in the primary transcript are excised, and the remaining sequences (“exons”) are concatenated to form the mature RNA. Recent evidence shows that almost all spliced genes are affected by alternative splicing. Here, we define the minimal length of RNA oligomers that can sensibly be called splicing factor binding sites. Then, we explore the capacity of these oligomers to predict complete exon-intron structures. We highlight those oligomers that are most informative for this and show, that equal accuracy as in previous approaches can be achieved with less RNA oligomers. The observation, that this approach falls short of accurately predicting the entire exon-intron structure, led us to investigate determinants linked to co-transcriptional splicing. We show that nucleosomes are preferentially positioned on exons and hypothesize that they play a role in splicing decisions. We then introduce the “completed splicing index” and conclude that co-transcriptional splicing is very wide-spread in humans. Furthermore co-transcriptional splicing exhibits links to chromatin organization. In the light of these results, we go on to monitor chromatin changes on differentially included exons in pair-wise tissue comparisons. We find a variety of histone marks, but not all, showing significantly different behavior on up- and downregulated exons. The most prominently appearing marks are H3K9ac and two lysine 4 methylation states.

Adaptive responses allow cells to maintain their growth as well as their proliferative potential under diverse stress conditions. It is known that, growth and proliferation can be suppressed by intense stress, but maintained under tolerable stress conditions under which cells can induce compensatory responses. The kinase mTOR is a central regulator of proliferative and growing capacity in mammalian cells, and has been shown to be sensitive to diverse stressors. However, little is known about the role played by mTOR in the adaptive responses that cells utilize to resist stress and maintain their growth capacity. We addressed this question in the context of osmotic stress, to which cells can adapt by inducing the transcription of specialized genes. We showed that mTOR is active under moderate osmostress conditions and regulates the induction of a set of genes by mechanisms dependent and independent of NFAT5, the main transcription factor involved in the transcription of genes upon hypertonic stress. In addition, we observed that the overall set of genes whose induction was sensitive to mTOR activity is enriched in regulators of growth and proliferation. We also have identified REDD1 and REDD2 as two osmostress and mTOR-dependent induced genes, which previously had been characterized in other stress contexts acting as negative regulators of the mTORC1 pathway. We observed that mTOR promoted changes in chromatin predisposing it towards a transcriptional permissive configuration, with higher levels of acetylated histone H4 and increased recruitment of active RNA-pol II to promoters as well as transcribed regions. Altogether, the results described in this thesis reveal a new role for the mTOR kinase in the regulation of gene expression to facilitate the cellular adaptive response upon osmostress. / Las respuestas adaptativas frente al estrés permiten a las células mantener su crecimiento así como su potencial proliferativo. Aunque se ha establecido que el crecimiento y la proliferación celular pueden inhibirse en respuesta a un estrés intenso, en situaciones de estrés tolerable las células pueden mantener su crecimiento y proliferación mediante la inducción de respuestas compensatorias. La quinasa mTOR es una proteína clave para el mantenimiento de la capacidad proliferativa y del crecimiento en las células de mamífero; además se ha descrito que es sensible a varios estreses. Sin embargo, poco se sabe acerca del papel que juega en las respuestas de adaptación que son utilizadas por las células para resistir el estrés y mantener así su capaciad de crecimiento. Nuestro trabajo se ha centrado en el ámbito del estrés osmótico, en cuyo caso las células pueden adaptarse mediante la transcripción de diversos genes especializados. Nuestro estudio demuestra que mTOR se encuentra activo en condiciones moderadas de estrés osmótico y regula la indución de un conjunto de genes mediante mecanismos dependientes e independientes de NFAT5, el principal factor de transcripción responsable de la transcripción de genes en respuesta a un estrés hipertónico. Además, observamos que la mayoría de los genes cuya inducción es sensible a la actividad de mTOR tienen funciones en la regulación del crecimiento y de la proliferación. También hemos identificado a REDD1 y REDD2 como genes que se inducen en respuesta a estrés osmótico dependientes de mTOR, y que con anterioridad se habían caracterizado en otros escenarios de estrés actuando como reguladores negativos de la ruta de señalización de mTORC1. Por último hemos observado que mTOR origina cambios en la cromatina, promoviendo una configuración permisiva para la transcripción, con un incremento de la acetilación de la histona H4 y un aumento en el reclutamiento de la forma activa de la RNA-polimerasa II en los promotores y regiones transcritas de ciertos genes. En resumen, los resultados descritos en esta tesis muestran un nuevo papel de la quinasa mTOR en la regulación de la expresión génica facilitando así la respuesta de adaptación celular frente al estrés osmótico.

Câncer é a principal causa de morte nos países desenvolvidos e a segunda causa de morte nos países em desenvolvimento. O trabalho de diversos grupos de pesquisa tem sugerido que os tumores estão organizados em uma hierarquia de células, na qual uma pequena fração apresenta propriedades de células-tronco. Essas células tem se mostrado resistentes à quimioterapia convencional, dependentes da sinalização do microambiente tumoral e responsivas à terapia diferenciativa. Aqui nós mostramos que butirato sódico (NaB), um inibidor de desacetilase de histonas, diminui a proliferação celular e a formação de colônias em linhagens celulares de meduoblastoma humano. Estes efeitos foram acompanhados de um aumento da expressão de RNAm Gria2, um marcador de diferenciação neuronal, em duas das três linhagens celulares testadas. A formação de neuroesferas também foi impedida com a exposição de uma linhagem crescida em meio de cultura apropriado para células-tronco e NaB. NaB se mostrou capaz de potencializar os efeitos do quimioterápico etoposídeo e do fator neurotrófico derivado de cérebro (BDNF) na inibição da viabilidade celular de meduloblastoma. Além disso, nós observamos que o tratamento com cisplatina aumenta a proporção de células-tronco tumorais (CTT), identificadas por ALDH+CD44+, em células de carcinoma de cabeça e pescoço, quando tratadas também com interleucina 6 (IL-6), uma citocina liberada pelo nicho perivascular. O mesmo tratamento promoveu a proliferação, sobrevivência e auto-renovação de CTTs in vitro ao aumentar o número de esferas em placas de baixa aderência e a expressão de Bmi-1 em western blots. A fosforilação do transdutor de sinal e ativador de transcrição 3 (STAT3), um indicativo de propriedades de CTTs, induzida por IL-6 não foi afetada pelo tratamento com cisplatina em células de HNSCC, enquanto que a indução de fosforilação de quinases reguladas por sinais extracelulares (ERK), indicativo de processo de diferenciação, por IL-6 foi parcialmente inibido por cisplatina. Células resistentes a baixas doses de cisplatina também expressaram mais Bmi-1 do que células nunca expostas ao quimioterápico. Experimentos in vivo corroboram os achados in vitro, uma vez que tumores humanos induzidos em camundongos imunocomprometidos apresentaram aumentada proporção de células ALDH+CD44+ após tratamento dos animais com cisplatina. O anticorpo contra o receptor de IL-6 foi capaz de reverter a indução de expressão de Bmi-1 por cisplatina e IL-6. Em conjunto, esses resultados sugerem que a modulação de mecanismos epigenéticos das células tumorais e de sinais provenientes do nicho tumoral são novos alvos promissores para o desenvolvimento de terapias adjuvantes contra o câncer. / Cancer is the leading cause of death in economically developed countries and the second cause of death in developing countries. Work from a number of laboratories strongly suggests that tumors are organized as a hierarchy based on a subset of cancer cells that have stem-cell properties. These cells have been shown to be resistant to conventional therapy, dependent on contextual signals within the tumor microenvironment and, to be responsive to differentiation therapy. Here we show that sodium butyrate (NaB), a histone deacetylase inhibitor, decreases cell proliferation and colony formation in human medulloblastoma cell lines. These effects were accompanied by an increased mRNA expression of Gria2, a neuronal differentiation marker, in two out of three cell lines tested. In addition, neurosphere formation was impaired by NaB exposure in a cell line submitted to stem cells proper media. NaB also may potentiate the effect of etoposide chemotherapy and BDNF (Brain-derived neurotrophic factor) on the inhibition of medulloblastoma cells viability. Moreover, we observed that cisplatin treatment increased the proportion of cancer stem cells (CSC), identified by ALDHhighCD44high cells, in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), when treated together with recombinant human IL-6 (rhIL-6). The same regimen promoted proliferation, self-renewal and survival of CSC in vitro as seen by the increase in orosphere number formed in ultra-low attachment plates, and Bmi-1 expression induction in western blots. IL-6–induced signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) phosphorylation (indicative of stemness) was unaffected by treatment with cisplatin in HNSCC cells, whereas IL-6–induced extracellular signal-transducer kinases (ERK) phosphorylation (indicative of differentiation processes) was partially inhibited by cisplatin. Cells resistant to lower doses of cisplatin also expressed more Bmi-1. In vivo experiments corroborated in vitro findings by showing increased proportion of ALDH highCD44high cells in xenograft tumors of mice treated with cisplatin. An antibody against the receptor of IL-6 was able to revert the induction of Bmi-1 expression seen in cells treated with cisplatin plus IL-6. Taken together, these results suggest that the modulation of the epigenetic states of the cancer cell and modulation of signals provided by the niche are promising new molecular targets for the development of adjuvant therapy for cancer.

38 PIVs carried through in two laboratories of the Uberaba MGBRASIL had been used in this work with the objective to evaluate the relationship between condensation chromatin and head morphometry of spermatozoa and cleavages and blastocyst formation rates using semen of zebu bulls with normal routine tests of fertility. Smears of semen stained with of Toluidine Blue and computer image analysis had been used to evaluate the morphometry and chromatin condensation. Area (A), perimeter (P), width (L), length (C), width:length ratio (L/C), ellipticity (E), shape factor (FF), side symmetry (SL), anterior-posterior symmetry (SAP) and the three first Fourier values (F0, F1, F2) had been evaluated in the morphometric analysis. The chromatin was evaluated in relation to intensity of condensation and homogeneity. The results allowed concluding that the influence of light variations in the sperm head morphometry and the chromatin condensation on the cleavage and number of normal morfologic blastocyst in the PIV is small. / Foram utilizados os dados de 38 programações de produção in vitro de embriões (PIV), realizadas em dois laboratórios da cidade de Uberaba-MG-Brasil, com o objetivo de se avaliar a correlação entre compactação da cromatina e morfometria da cabeça de espermatozóides com a taxa de clivagem e formação de blastocisto utilizando sêmen de touros zebuínos com testes de rotina normais para fertilidade. Foram utilizados esfregaços de sêmen corados com Azul de Toluidina e análise de imagem por computador para avaliar a morfometria e a compactação de cromatina. Na análise morfométrica foram avaliados: área (A), perímetro (P), largura (L), comprimento (C), razão largura:comprimento (L/C), elipsidade (E), fator forma (FF), simetria lateral (SL), simetria ântero-posterior (SAP) e descritores Fourier com amplitude de 0 a 2 (F0, F1, F2). A cromatina foi avaliada quanto à intensidade de compactação e homogeneidade. Os resultados permitiram concluir que é discreta a influência de pequenas variações observadas na morfometria da cabeça e na compactação da cromatina espermática sobre a clivagem e número de blastocistos morfologicamente normais na PIV. / Mestre em Ciências Veterinárias

Câncer é a principal causa de morte nos países desenvolvidos e a segunda causa de morte nos países em desenvolvimento. O trabalho de diversos grupos de pesquisa tem sugerido que os tumores estão organizados em uma hierarquia de células, na qual uma pequena fração apresenta propriedades de células-tronco. Essas células tem se mostrado resistentes à quimioterapia convencional, dependentes da sinalização do microambiente tumoral e responsivas à terapia diferenciativa. Aqui nós mostramos que butirato sódico (NaB), um inibidor de desacetilase de histonas, diminui a proliferação celular e a formação de colônias em linhagens celulares de meduoblastoma humano. Estes efeitos foram acompanhados de um aumento da expressão de RNAm Gria2, um marcador de diferenciação neuronal, em duas das três linhagens celulares testadas. A formação de neuroesferas também foi impedida com a exposição de uma linhagem crescida em meio de cultura apropriado para células-tronco e NaB. NaB se mostrou capaz de potencializar os efeitos do quimioterápico etoposídeo e do fator neurotrófico derivado de cérebro (BDNF) na inibição da viabilidade celular de meduloblastoma. Além disso, nós observamos que o tratamento com cisplatina aumenta a proporção de células-tronco tumorais (CTT), identificadas por ALDH+CD44+, em células de carcinoma de cabeça e pescoço, quando tratadas também com interleucina 6 (IL-6), uma citocina liberada pelo nicho perivascular. O mesmo tratamento promoveu a proliferação, sobrevivência e auto-renovação de CTTs in vitro ao aumentar o número de esferas em placas de baixa aderência e a expressão de Bmi-1 em western blots. A fosforilação do transdutor de sinal e ativador de transcrição 3 (STAT3), um indicativo de propriedades de CTTs, induzida por IL-6 não foi afetada pelo tratamento com cisplatina em células de HNSCC, enquanto que a indução de fosforilação de quinases reguladas por sinais extracelulares (ERK), indicativo de processo de diferenciação, por IL-6 foi parcialmente inibido por cisplatina. Células resistentes a baixas doses de cisplatina também expressaram mais Bmi-1 do que células nunca expostas ao quimioterápico. Experimentos in vivo corroboram os achados in vitro, uma vez que tumores humanos induzidos em camundongos imunocomprometidos apresentaram aumentada proporção de células ALDH+CD44+ após tratamento dos animais com cisplatina. O anticorpo contra o receptor de IL-6 foi capaz de reverter a indução de expressão de Bmi-1 por cisplatina e IL-6. Em conjunto, esses resultados sugerem que a modulação de mecanismos epigenéticos das células tumorais e de sinais provenientes do nicho tumoral são novos alvos promissores para o desenvolvimento de terapias adjuvantes contra o câncer. / Cancer is the leading cause of death in economically developed countries and the second cause of death in developing countries. Work from a number of laboratories strongly suggests that tumors are organized as a hierarchy based on a subset of cancer cells that have stem-cell properties. These cells have been shown to be resistant to conventional therapy, dependent on contextual signals within the tumor microenvironment and, to be responsive to differentiation therapy. Here we show that sodium butyrate (NaB), a histone deacetylase inhibitor, decreases cell proliferation and colony formation in human medulloblastoma cell lines. These effects were accompanied by an increased mRNA expression of Gria2, a neuronal differentiation marker, in two out of three cell lines tested. In addition, neurosphere formation was impaired by NaB exposure in a cell line submitted to stem cells proper media. NaB also may potentiate the effect of etoposide chemotherapy and BDNF (Brain-derived neurotrophic factor) on the inhibition of medulloblastoma cells viability. Moreover, we observed that cisplatin treatment increased the proportion of cancer stem cells (CSC), identified by ALDHhighCD44high cells, in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), when treated together with recombinant human IL-6 (rhIL-6). The same regimen promoted proliferation, self-renewal and survival of CSC in vitro as seen by the increase in orosphere number formed in ultra-low attachment plates, and Bmi-1 expression induction in western blots. IL-6–induced signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) phosphorylation (indicative of stemness) was unaffected by treatment with cisplatin in HNSCC cells, whereas IL-6–induced extracellular signal-transducer kinases (ERK) phosphorylation (indicative of differentiation processes) was partially inhibited by cisplatin. Cells resistant to lower doses of cisplatin also expressed more Bmi-1. In vivo experiments corroborated in vitro findings by showing increased proportion of ALDH highCD44high cells in xenograft tumors of mice treated with cisplatin. An antibody against the receptor of IL-6 was able to revert the induction of Bmi-1 expression seen in cells treated with cisplatin plus IL-6. Taken together, these results suggest that the modulation of the epigenetic states of the cancer cell and modulation of signals provided by the niche are promising new molecular targets for the development of adjuvant therapy for cancer.

Chromatin remodeler proteins exert an important function in promoting dynamic modifications in the chromatin architecture, rendering the transcriptional machinery available to the condensed genomic DNA. Due to this central role in regulating gene transcription, deregulation of these molecular machines may lead to severe perturbations in the normal cell functions. Loss-of-function mutations in the CHD7 gene, a member of the chromodomain helicase DNA-binding (CHD) family, are the major cause of the CHARGE syndrome in humans. The disease is characterized by a variety of congenital anomalies, including malformations of the craniofacial structures, peripheral nervous system, ears, eyes and heart. In this context, several studies have already shown the importance of CHD7 for proper function of the neural stem cells (NSCs). Interestingly, we found that CHD7 mRNA levels are upregulated in gliomas, when compared to normal brain tissue, therefore, we hypothesized that CHD7 might have a role in the pathogenesis of these tumors. To investigate the possible oncogenic role of CHD7 in glioblastoma (GBM), we adopted gain- and loss-of-function approaches in adherent GBM cell lines. Using CRISPR_Cas9 genome editing, we found that CHD7 deletion suppresses anchorage-independent growth and reduces spheroid invasion in human LN-229 cells. Moreover, deletion of CHD7 delayed tumor growth and improved overall survival in an orthotopic xenograft glioma mouse model. Conversely, ectopic overexpression of CHD7 in LN-428 and A172 cells was found to increase cell motility and invasiveness in vitro and LN-428 tumor growth in vivo. RNAseq analysis showed that alterations of CHD7 expression levels promote changes in several molecular pathways and modulate critical genes associated with cell adhesion and locomotion. However, the mechanisms underlying the effects of CHD7 overexpression in glioma tissue are still not understood. Here, we also generated recombinant plasmid with functional CHD7 promoter activity reported by luciferase assay. This powerful tool should enable future studies to determine the direct targeting relationship between different signal transduction pathways and CHD7 geneexpression. In summary, our findings indicate that GBM cells expressing a high level of CHD7 may exist and contribute to tumor infiltration and recurrence. Further studies should warrant important clinical-translational implications of our findings for GBM treatment. / As proteínas remodeladoras de cromatina exercem importante papel, promovendo modificações dinâmicas na arquitetura da cromatina e dando acesso à maquinaria transcricional ao DNA genômico condensado. Devido à esta função central na regulação da transcrição gênica, a desregulação dessas máquinas moleculares pode levar a perturbações graves na função normal das células. Assim, por exemplo, mutações do tipo perda de função no gene CHD7, um membro da família \"chromodomain helicase DNA-binding\" (CHD), são a principal causa da síndrome de CHARGE em humanos. A doença é caracterizada por uma variedade de anomalias congênitas, incluindo malformações das estruturas craniofaciais, sistema nervoso periférico, orelhas, olhos e coração. Neste contexto, vários estudos já mostraram a importância da proteína CHD7 para o funcionamento normal de células-tronco neurais (NSCs). Curiosamente, descobrimos que os níveis de mRNA de CHD7 estão mais fortemente expressos em gliomas, quando comparados ao tecido cerebral normal, portanto, nós hipotetizamos que CHD7 poderia ter um papel na patogênese desses tumores. Para investigar o possível papel oncogênico de CHD7 em glioblastoma (GBM), utilizamos enfoques de ganho e perda de função em linhagens celulares aderentes de GBM. Utilizando a técnica de CRISPR_Cas9 para edição do genoma, demonstramos que a deleção do gene CHD7 suprime o crescimento independente de ancoragem e reduz a invasão de esferóides em células LN-229 humanas de GBM. Além disso, a deleção de CHD7 reduziu o crescimento do tumor e melhorou a sobrevida em modelo de injeção ortotópica xenográfica em camundongo. Por outro lado, verificou-se que a super-expressão ectópica de CHD7 nas células LN-428 e A172 aumenta não só a motilidade celular e a capacidade de invasão in vitro, mas, também, o crescimento do tumor de LN-428 in vivo. A análise de RNA-seq mostrou que o nocauteamento da sequência codificadora de CHD7 e sua super-expressão promovem alterações em diversas vias moleculares, modulando genes críticosassociados à adesão e locomoção celular. No entanto, os mecanismos subjacentes aos efeitos da super-expressão de CHD7 em tecidos de glioma ainda não são compreendidos. Neste trabalho, geramos um plasmídeo recombinante contendo um fragmento da região promotora de CHD7, o qual se mostrou funcional em ensaios de luciferase. Esta ferramenta permitirá que estudos futuros possam identificar a relação direta entre as diferentes vias de transdução de sinal e a expressão do gene CHD7. Em resumo, nossos achados indicam que células de GBM expressando um alto nível de CHD7 podem existir e contribuir para a infiltração e recorrência do tumor. Estudos posteriores deverão avaliar as possíveis implicações dos resultados apresentados neste trabalho para a translação clínica no tratamento de pacientes com GBM.

Câncer é a principal causa de morte nos países desenvolvidos e a segunda causa de morte nos países em desenvolvimento. O trabalho de diversos grupos de pesquisa tem sugerido que os tumores estão organizados em uma hierarquia de células, na qual uma pequena fração apresenta propriedades de células-tronco. Essas células tem se mostrado resistentes à quimioterapia convencional, dependentes da sinalização do microambiente tumoral e responsivas à terapia diferenciativa. Aqui nós mostramos que butirato sódico (NaB), um inibidor de desacetilase de histonas, diminui a proliferação celular e a formação de colônias em linhagens celulares de meduoblastoma humano. Estes efeitos foram acompanhados de um aumento da expressão de RNAm Gria2, um marcador de diferenciação neuronal, em duas das três linhagens celulares testadas. A formação de neuroesferas também foi impedida com a exposição de uma linhagem crescida em meio de cultura apropriado para células-tronco e NaB. NaB se mostrou capaz de potencializar os efeitos do quimioterápico etoposídeo e do fator neurotrófico derivado de cérebro (BDNF) na inibição da viabilidade celular de meduloblastoma. Além disso, nós observamos que o tratamento com cisplatina aumenta a proporção de células-tronco tumorais (CTT), identificadas por ALDH+CD44+, em células de carcinoma de cabeça e pescoço, quando tratadas também com interleucina 6 (IL-6), uma citocina liberada pelo nicho perivascular. O mesmo tratamento promoveu a proliferação, sobrevivência e auto-renovação de CTTs in vitro ao aumentar o número de esferas em placas de baixa aderência e a expressão de Bmi-1 em western blots. A fosforilação do transdutor de sinal e ativador de transcrição 3 (STAT3), um indicativo de propriedades de CTTs, induzida por IL-6 não foi afetada pelo tratamento com cisplatina em células de HNSCC, enquanto que a indução de fosforilação de quinases reguladas por sinais extracelulares (ERK), indicativo de processo de diferenciação, por IL-6 foi parcialmente inibido por cisplatina. Células resistentes a baixas doses de cisplatina também expressaram mais Bmi-1 do que células nunca expostas ao quimioterápico. Experimentos in vivo corroboram os achados in vitro, uma vez que tumores humanos induzidos em camundongos imunocomprometidos apresentaram aumentada proporção de células ALDH+CD44+ após tratamento dos animais com cisplatina. O anticorpo contra o receptor de IL-6 foi capaz de reverter a indução de expressão de Bmi-1 por cisplatina e IL-6. Em conjunto, esses resultados sugerem que a modulação de mecanismos epigenéticos das células tumorais e de sinais provenientes do nicho tumoral são novos alvos promissores para o desenvolvimento de terapias adjuvantes contra o câncer. / Cancer is the leading cause of death in economically developed countries and the second cause of death in developing countries. Work from a number of laboratories strongly suggests that tumors are organized as a hierarchy based on a subset of cancer cells that have stem-cell properties. These cells have been shown to be resistant to conventional therapy, dependent on contextual signals within the tumor microenvironment and, to be responsive to differentiation therapy. Here we show that sodium butyrate (NaB), a histone deacetylase inhibitor, decreases cell proliferation and colony formation in human medulloblastoma cell lines. These effects were accompanied by an increased mRNA expression of Gria2, a neuronal differentiation marker, in two out of three cell lines tested. In addition, neurosphere formation was impaired by NaB exposure in a cell line submitted to stem cells proper media. NaB also may potentiate the effect of etoposide chemotherapy and BDNF (Brain-derived neurotrophic factor) on the inhibition of medulloblastoma cells viability. Moreover, we observed that cisplatin treatment increased the proportion of cancer stem cells (CSC), identified by ALDHhighCD44high cells, in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC), when treated together with recombinant human IL-6 (rhIL-6). The same regimen promoted proliferation, self-renewal and survival of CSC in vitro as seen by the increase in orosphere number formed in ultra-low attachment plates, and Bmi-1 expression induction in western blots. IL-6–induced signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) phosphorylation (indicative of stemness) was unaffected by treatment with cisplatin in HNSCC cells, whereas IL-6–induced extracellular signal-transducer kinases (ERK) phosphorylation (indicative of differentiation processes) was partially inhibited by cisplatin. Cells resistant to lower doses of cisplatin also expressed more Bmi-1. In vivo experiments corroborated in vitro findings by showing increased proportion of ALDH highCD44high cells in xenograft tumors of mice treated with cisplatin. An antibody against the receptor of IL-6 was able to revert the induction of Bmi-1 expression seen in cells treated with cisplatin plus IL-6. Taken together, these results suggest that the modulation of the epigenetic states of the cancer cell and modulation of signals provided by the niche are promising new molecular targets for the development of adjuvant therapy for cancer.

O câncer configura uma das maiores causas de mortalidade no mundo, caracterizando-se como uma doença complexa orquestrada por alterações genômicas e epigenômicas capazes de alterar a expressão gênica e a identidade celular. Nova evidência obtida por meio de um estudo genômico em larga escala e cujos dados encontram-se disponíveis no banco público do TCGA sugere que um em cada dez pacientes portadores de câncer pode ser classificado com maior eficácia tendo como base a taxonomia molecular quando comparada à histologia. Dessa maneira, nós hipotetizamos que o estabelecimento de mapas genômicos exibindo a localização de sítios de ligação de fatores de transcrição combinada à identificação de regiões diferencialmente metiladas e perfis alterados de expressão gênica possa nos auxiliar a caracterizar e explorar, ao nível molecular, fenótipos associados ao câncer. Avanços tecnológicos e bancos de dados públicos a exemplo do The Cancer Genome Atlas (TCGA), The Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE) e o NIH Roadmap Epigenomics Mapping Consortium (Roadmap) têm proporcionado um recurso inestimável para interrogar o (epi)genoma de linhagens de células tumorais em cultura, bem como de tecidos normais e tumorais em alta resolução. Todavia, a informação biológica encontra-se armazenada em diferentes formatos e não há ferramentas computacionais para integrar esses dados, evidenciando um cenário atual que requer, com urgência, o desenvolvimento de ferramentas de bioinformática e softwares capazes de direcionar a solução deste obstáculo. Nesse contexto, o objetivo principal deste estudo consiste em implementar o desenvolvimento de ferramentas de bioinformática, na linguagem de programação R que, ao final do estudo, será submetido à comunidade científica do projeto Bioconductor sob a licença de código aberto GNU GPL versão 3. Além disso, ajudaremos nossos colaboradores com o aperfeiçoamento do ELMER, um pacote R/Bioconductor que identifica elementos reguladores usando dados de expressão gênica, de metilação do DNA e análise de motivo. Nossa expectativa é que essas ferramentas possam automatizar com acurácia a pesquisa, o download e a análise dos dados (epi)genômicos que se encontram atualmente disponíveis nas bases de dados públicas dos consórcios internacionais TCGA, ENCODE e Roadmap, além de integrá-los facilmente aos dados genômicos e epigenômicos gerados por pesquisadores por meio de experimentos em larga escala. Além disso, realizaremos também o processamento e a análise manual dos dados que serão automatizados pelas ferramentas, visando validar sua capacidade em descobrir assinaturas epigenômicas que possam redefinir subtipos de câncer. Por xi fim, as usaremos para investigar as diferenças moleculares entre dois subgrupos de gliomas recentemente descobertos por nosso laboratório. / Cancer, which is one of the major causes of mortality worldwide, is a complex disease orchestrated by aberrant genomic and epigenomic changes that can modify gene regulatory circuits and cellular identity. Emerging evidence obtained through high-throughput genomic data deposited within the public TCGA international consortium suggests that one in ten cancer patients would be more accurately classified by molecular taxonomy versus histology. Therefore, we have hypothesized that the establishment of genome-wide maps of the de novo DNA binding motifs localization coupled with differentially methylated regions and gene expression changes might help to characterize and exploit cancer phenotypes at the molecular level. Technological advances and public databases like The Cancer Genome Atlas (TCGA), The Encyclopedia of DNA Elements (ENCODE), and The NIH Roadmap Epigenomics Mapping Consortium (roadmap) have provided unprecedented opportunities to interrogate the epigenome of cultured cancer cell lines as well as normal and tumor tissues with high resolution. Markedly however, biological information is stored in different formats and there is no current tool to integrate the data, highlighting an urgent need to develop bioinformatic tools and/or computational softwares to overcome this challenge. In this context, the main purpose of this study is the development of bioinformatics tools in R programming language that will be submitted to the larger open-source Bioconductor community project under the GNU GPL3 (General Public License version 3). Also, we will help our collaborators improve of the R/Bioconductor ELMER package that identifies regulatory enhancers using gene expression, DNA methylation data and motif analysis. Our expectation is that these tools can effectively automate search, retrieve, and analyze the vast (epi)genomic data currently available from TCGA, ENCODE, and Roadmap, and integrate genomics and epigenomics features with researchers own high-throughput data. Furthermore, we will also navigate through these data manually in order to validate the capacity of these tools in discovering epigenomic signatures able to redefine subtypes of cancer. Finally, we will use them to investigate the molecular differences between two subgroups of gliomas, one of the most aggressive primary brain cancer, recently discovered by our laboratory.

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.