Orientador: Cláudia Apaecida Rainho / Banca: Wellerson Rodrigo Scarano / Banca: Erika Cristina Pavarino / Banca: Adriana Camargo Ferrasi / Banca: Sandro José Conde / Resumo: A endometriose é uma doença crônica multifatorial, inflamatória, estrógeno-dependente, que afeta entre 8 a 10% das mulheres em idade reprodutiva e caracterizada por tecido similar ao endométrio (glândula e estroma) fora da cavidade uterina. Embora a sua etiologia seja pouco conhecida, evidências recentes indicam que alterações epigenéticas estão envolvidas na sua patofisiologia. Esta hipótese é apoiada pelos achados envolvendo padrões alterados de metilação do DNA em genes específicos, bem como pelos níveis alterados de expressão de componentes da maquinaria epigenética nas lesões endometrióticas, quando comparadas ao endométrio eutópico da mesma paciente ou ao endométrio de mulheres que não apresentam a doença. Assim, um melhor entendimento do papel dos mecanismos epigenéticos na patogênese e progressão da endometriose tem se tornado necessário, podendo contribuir para a identificação de marcadores diagnósticos e para o delineamento de novas abordagens terapêuticas, que trariam benefícios e melhor qualidade de vida para as mulheres que apresentam esta condição. Neste contexto, este estudo buscou a identificação de genes diferencialmente metilados candidatos a biomarcadores na endometriose. Os resultados obtidos foram organizados em dois artigos científicos. O primeiro artigo teve como objetivo investigar o perfil diferencial de metilação do DNA na endometriose intestinal em comparação com amostras pareadas de endométrio eutópico da mesma paciente. Para isso, foi empregada uma abordagem em larga escala baseada em microarranjos contendo 27.800 ilhas CpG, que resultou na identificação de 546 genes hipermetilados e 871 genes hipometilados. A análise in silico para a classificação funcional dos genes diferencialmente metilados permitiu identificar conjuntos de genes com funções de fatores de transcrição, remodeladores da cromatina entre outras classes funcionais. Após a realização de uma ... / Abstract: The endometriosis is a multi-factorial and chronic disease affecting 5% to 10% of women in reproductive age characterized by endometrium-like tissue (gland and stromma) outside uterine cavity. Although its etiology is poorly understood, recent evidences have indicated that epigenetic alterations are implicated in the pathophysiology. This hypothesis has been supported by findings surrounding altered DNA methylation pattern of specific genes, as well as by altered levels of expression of epigenetic machinery components in endometriotic lesions compared to eutopic endometrium from the same patient or endometrium of women free of disease. Thus, a better understanding of the role of epigenetic mechanisms in the pathogenesis and progression of endometriosis has become necessary and may contribute to the identification of diagnostic markers and for designing new therapeutic approaches that could benefit and improve the quality of life of women with this condition. In this context, this study aimed to identify differentially methylated genes as candidate biomarkers in endometriosis. The results could be organized in two papers. The first study aimed to investigate the profile of differential DNA methylation in intestinal endometriosis compared to eutopic endometrium of paired samples from the same patient. For this, we carried out a large-scale approach based on microarray containing 27,800 CpG islands, resulting in the identification of 546 genes as hypermethylated and 871 genes as hipomethylated. In silico analysis for the functional classification of differentially methylated genes enabled us to identify sets of genes with functions of transcription factors, chromatin remodeling, besides other functional classes. After conducting a comparative assessment with data available in other large-scale studies of literature, it was possible to recognize recurrent alteratons evolving 227 hypermethylated and 322 hypomethylated ... / Doutor

Orientador: Claudia Aparecida Rainho / Banca: Patrícia Pintor dos Reis / Banca: Enilze Maria de Souza Fonseca Ribeiro / Resumo: Alterações epigenéticas, incluindo as alterações da metilação do DNA, das modificações de histonas e da atividade de RNAs não codificadores, são eventos frequentes em células tumorais e estão associados às mudanças da estrutura da cromatina e dos níveis de expressão gênica. O gene RASSF1, localizado em 3p21.3, é responsável pela transcrição de sete variantes a partir de regiões promotoras distintas, associadas a duas ilhas CpG. Dentre os transcritos estão RASSF1A e RASSF1C, codificados por regiões promotoras diferentes, e que têm sido descritos na literatura como codificadores de proteínas com funções celulares opostas: RASSF1A é caracterizado como supressor tumoral e é frequentemente silenciado por metilação anormal em vários tipos de câncer, enquanto RASSF1C tem sido associado a atividades oncogênicas, e não há relatos de metilação de ilha CpG associada à sua região promotora. Com a finalidade de investigar uma possível associação entre parâmetros clínicos e histopatológicos em pacientes diagnosticadas com câncer de mama e o padrão de metilação de RASSF1A e RASSF1C, foram analisadas 84 amostras de carcinomas mamários pela técnica de MS-PCR (Methylation-Specific Polymerase Chain Reaction). Para RASSF1A, foi encontrada uma frequência de metilação de 84,5% das amostras, enquanto que para RASSF1C todas as amostras apresentaram alelos exclusivamente não-metilados, o que sugere uma regulação de expressão diferente da observada para RASSF1A. Devido ao fato de 75 das 84 amostras utilizadas serem diagnosticadas como carcinomas ductais invasivos, as análises estatísticas incluíram apenas esse subtipo histológico. Não foi encontrada diferença estatística significativa para as características clínicas/histopatológicas e presença/ausência de metilação de RASSF1A. Foi também analisado o padrão de metilação das ilhas CpGde RASSF1 em 17 linhagens celulares derivadas de carcinomas ... / Abstract: Alterações epigenéticas, incluindo as alterações da metilação do DNA, das modificações de histonas e da atividade de RNAs não codificadores, são eventos frequentes em células tumorais e estão associados às mudanças da estrutura da cromatina e dos níveis de expressão gênica. O gene RASSF1, localizado em 3p21.3, é responsável pela transcrição de sete variantes a partir de regiões promotoras distintas, associadas a duas ilhas CpG. Dentre os transcritos estão RASSF1A e RASSF1C, codificados por regiões promotoras diferentes, e que têm sido descritos na literatura como codificadores de proteínas com funções celulares opostas: RASSF1A é caracterizado como supressor tumoral e é frequentemente silenciado por metilação anormal em vários tipos de câncer, enquanto RASSF1C tem sido associado a atividades oncogênicas, e não há relatos de metilação de ilha CpG associada à sua região promotora. Com a finalidade de investigar uma possível associação entre parâmetros clínicos e histopatológicos em pacientes diagnosticadas com câncer de mama e o padrão de metilação de RASSF1A e RASSF1C, foram analisadas 84 amostras de carcinomas mamários pela técnica de MS-PCR (Methylation-Specific Polymerase Chain Reaction). Para RASSF1A, foi encontrada uma frequência de metilação de 84,5% das amostras, enquanto que para RASSF1C todas as amostras apresentaram alelos exclusivamente não-metilados, o que sugere uma regulação de expressão diferente da observada para RASSF1A. Devido ao fato de 75 das 84 amostras utilizadas serem diagnosticadas como carcinomas ductais invasivos, as análises estatísticas incluíram apenas esse subtipo histológico. Não foi encontrada diferença estatística significativa para as características clínicas/histopatológicas e presença/ausência de metilação de RASSF1A. Foi também analisado o padrão de metilação das ilhas CpGde RASSF1 em 17 linhagens celulares derivadas de ... / Mestre

Orientador: Cláudia Aparecida Rainho / Banca: Deilson Elgui de Oliveira / Banca: Vinicius Santana Nunes / Resumo: O gene SFN (stratifin; 14-3-3sigma) atua como um gene supressor tumoral cuja expressão é induzida em resposta a danos ao DNA, promovendo o bloqueio do ciclo celular no checkpoint G2/M. A inativação ou redução da expressão gênica por hipermetilação de sua ilha CpG foi apontada como um mecanismo comum a vários tipos de cânceres humanos e também foi associada com resposta ao tratamento. O objetivo desse estudo foi caracterizar alterações genéticas e epigenéticas do gene SFN em carcinomas mamários primários e investigar a sua relação com parâmetros clínicos e histopatológicos. Em adição, linhagens derivadas de epitélio mamário normal e de carcinomas mamários foram utilizadas para a caracterização do efeito do número de cópias e do padrão de metilação do DNA na expressão gênica e para o estudo do efeito combinado do tratamento com o agente desmetilante 5-Aza-dC (5-Aza-2'-Desoxicitidina) e da exposição à radiação nas taxas de sobrevivência celular. O padrão de metilação do DNA foi determinado por MS-PCR (Methylation Specific-Polimerase Chain Reaction), após modificação do DNA por bissulfito de sódio, em uma série de 84 carcinomas mamários (76 ductais infiltrantes, 5 lobulares infiltrantes, 1 metaplásico, 1 apócrino e 1 papilífero) , bem como em um painel de 20 linhagens celulares (3 normais e 17 derivadas de carcinomas). O número de cópias foi determinado por qPCR (quantitative Polimerase Chain Reaction) em 82 destas amostras. Os níveis de expressão do transcrito foram avaliados por RT-qPCR em 8 linhagens celulares selecionadas com base no número de cópias, padrão de metilação e o status da proteína p53. O efeito da exposição à radiação ionizante, em uma única dose de 4 Gy em intervalos de tempo de 12, 24, 48 e 72h foi estudado através do ensaio de MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) em três linhagens celulares (T47D, MDA-MB-231 e MDA-MB-436) ... / Abstract: The SFN gene (Stratifin; 14-3-3 sigma) plays roles as a tumor suppressor gene and its expression is induced in response to DNA damage by disabling the cell cycle arrest at the G2/M checkpoint. Inactivation or down-regulation of gene expression levels has been generally attributed to the hypermethylation of its CpG island, identified as a common mechanism in a variety of human cancers, also associated to treatment response. The aim of the present study was to characterize epigenetics and genetics alterations of the SFN gene in primary breast cancer and to investigate the relationship with clinical and histopatological variables. In addition, cell lines derived from normal breast and breast cancer tissues, were employed to identify the effect of copy number dosage and DNA methylation pattern in gene expression, besides the study of combined response to 5-Aza-dC (5-Aza-2'-Deoxycytidine) and radiation exposure on cell survival. After sodium bisulfite modification, the DNA methylation pattern was determined by Methylation-Specific Polymerase Chain Reaction (MS-PCR) in a series of 84 Breast cancer samples (76 infiltrating ductal carcinomas, 5 infiltrating lobular, 1 metaplasic, 1 apocrine and 1 papillary) as well as in a panel of 20 human cell lines (3 derived from normal breast and 17 from breast cancer). SFN copy number was performed using relative quantification, by qPCR (quantitative Polimerase Chain Reaction) in 82 samples. Transcript levels were evaluated by RT-qPCR within a selection of 8 cell lines, based on DNA methylation, SFN copy number dosage and p53 status. Ionizing radiation effect was studied through MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay, by using a single dose of 4 Gy at different time intervals (12, 24, 48 and 72h) in tree cell lines (T47D, MDA-MB-231 e MDA-MB-436) treated or not with 5-Aza-dC. SFN methylation was observed in 79% of primary breast cancer, while copy number alterations ... / Mestre

A descondensação da cromatina exerce um papel central nas diversas etapas do processo de carcinogênese abrindo o genoma para a ação de fatores de transcrição, exercendo papel na progressão e resistência tumoral. Bromodomínios e proteínas com terminal extra, como o BRD4, são leitores epigenéticos que regulam a expressão gênica e, portanto, também estão envolvidos na patogênese do câncer. O objetivo do presente estudo foi estudar o efeito da inibição do BRD4 no carcinoma espinocelular de cabeça e pescoço (CECP). Para esse propósito, foi utilizado JQ1, inibidor de BRD4, em concentração de 1uM, nas linhagens de carcinoma de cabeça e pescoço HN6, HN12 e HN13. Foi analisado os níveis de BRD4, H4 acetilada e SIRT1 fosforilado através de reações de imunofluorecência e p16ink4 por imunohistoquímica. Foi realizado western blot para checar os níveis de p53 e p53 acetilado. Ensaio de formação de colônias e câmera de invasão foram realizados para testar o efeito do inibidor na proliferação e invasão celular. Através da citometria de fluxo foi analisado o efeito da apoptose com a marcação de caspase-3 clivada, do ciclo celular através da reação por iodeto de propídio e ainda da população de células tronco tumorais pela análise de ALDH e CD44. Por fim, foi realizado modelo xenográfico subcutâneo para analisar o efeito do JQ1. Os resultados mostraram diminuição significativa da expressão de BRD4 e H4ac após tratamento com JQ1. As linhagens celulares mostraram redução na capacidade de invasão e de formação de colônias quando submetidas ao JQ1. Não foram encontradas diferenças em relação ao número de células caspase-3 clivada positivas. Por outro lado, foi encontrado um maior número de células na fase G1 do ciclo celular após o uso do inibidor estudado. As células tratadas com JQ1 mostraram menor expressão de p-SIRT1 o que levou a uma diminuição da acetilação do p53 e um aumento na expressão de p16ink4. Paralelamente, foi encontrado uma diminuição na população de células positivas para ALDH e CD44. Houve diminuição do crescimento do tumor no modelo xenográfico tratado com JQ1 quando comparado ao veículo. Nos tecidos derivados do ensaio in vivo, houve uma diminuição nos marcadores p16ink4, pSIRT1 além de acúmulo de H2AX. Conclui-se que o uso de JQ1 resulta na disrupção do crescimento do CECP associado a ativação de senescência, indução de dano de DNA além de reduzir a população de células tronco tumorais. Esses novos achados indicam que o BRD4 é um importante modificador epigenético nos CECP sendo um viável alvo terapêutico. / Chromatin descondensation plays a central step in the various stages of the carcinogenesis process opening the genome for transcription factors playing a role in tumor progress and resistance. Bromodomains and extra terminal family, as BRD4, are epigenetics readers that regulate gene expression thus they are also involved in cancer pathogenesis. The objective of this project was studied the effect of BRD4 in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC). For this purpose, JQ1, a BRD4 inhibitor, was used in 1uM concentration, in HN6, HN12 and HN13 head and neck carcinoma cell lines. The levels of BRD4, acetylates h4 and phosphorylated SIRT1 were analyzed by immunofluorescence and p16ink4 labeling by immunohistochemistry. Western blot was performed to check the levels of p53 and acetylated p53. Colony assay and invasion chamber were performed to test the inhibitory effect on cell proliferation and invasion. The effect of apoptosis with the cleaved caspase-3 labeling, the cell cycle by propidium iodide and of the population of tumor stem cells by the analysis of ALDH and CD44 was analyzed through flow cytometry. Finally, a subcutaneous xerographic model was performed to analyze the effect of JQ1. A significant decrease in the expression of BRD4 and H4ac was found after application of JQ1. The cell lines results showed a reduction in the capacity of invasion and also formation of colonies when submitted to JQ1. No differences were found in relation to the number of cells caspase-3 cleaved positives. On the other hand, a large number of cells were found in G1 arrest of cell cycle after use of the BRD4 inhibitor studied. Cells treated with JQ1 showed lower expression of p-SIRT1 which led to a decrease in p53 acetylation and an increase in p16ink4 expression. In parallel, a decrease of ALDH and CD44 positive cells population was found. A decrease in tumor growth was discovered when treated by JQ1 if compared to the vehicle. In tissues samples derived from the in vivo assay, there was a decrease in p16ink4, pSIRT1 markers in addition to -H2Ax accumulation. In conclusion JQ1 causes HNSSC tumor growth disruption associated a senescence activation, DNA damage and a reduce number of cancer stem cells. These new findings indicate that BRD4 is an important genetic modifier in HNSSC and is a viable therapeutic target.

Introdução: A formação da memória envolve mudanças na expressão de genes neuronais. Remodelações epigenéticas da cromatina e modificações pós-traducionais reversíveis no DNA ou nas proteínas histonas representam mecanismos centrais na regulação da expressão gênica durante o desenvolvimento do cérebro e a aprendizagem inicial ou recuperação da memória. Desequilíbrios nos níveis de acetilação de histonas estão associados à uma ampla variedade de desordens cerebrais. Histonas deacetilases (HDACs) desempenham um papel fundamental na homeostase da acetilação de histonas e na regulação de atividades celulares fundamentais como a transcrição, tornando-as um foco de estudo. Evidências mostram que a administração de inibidores de histonas deacetilases (HDACis) restauram a memória associada à regulação da expressão gênica e melhora a memória em ratos. Estudos em modelos animais têm mostrado que a formação da memória envolve uma série de alterações bioquímicas em várias áreas do sistema nervoso central, entre as quais se destacam o hipocampo e a amígdala basolateral (BLA). Neste contexto, fármacos experimentais, como a tricostatina A (TSA), que atuam sobre mecanismos epigenéticos, têm sido recentemente propostos como potenciais terapias para o tratamento de disfunção cognitiva e memória associados a doenças neurológicas e psiquiátricas. Objetivo: Neste trabalho objetivamos compreender e elucidar o papel da acetilação de histonas em processos envolvidos na modulação da memória utilizando o fármaco TSA e se baseia na hipótese de que a atividade de HDACs é essencial para a modulação das respostas de aprendizado na tarefa de esquiva inibitória (IA). Métodos: Ratos Wistar foram canulados bilateralmente na amígdala. Os efeitos das micro-infusões intra-amigdalares de TSA foram observados na consolidação e na extinção da memória após o treino na tarefa de esquiva inibitória e nos níveis do fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) na BLA e no hipocampo referentes à consolidação da memória. Resultados: Os resultados demonstraram que a infusão intra-amigdalar de TSA 1.5 h, 3 h e 6 h após o treino na tarefa de esquiva inibitória resulta na melhora da memória de longa duração (LTM). TSA acelerou a extinção da memória quando infundido imediatamente pós-teste. Além disso, aumentou os níveis de BDNF no hipocampo. Conclusão: Estes resultados indicam que eventos epigenéticos possuem um papel importante no aprendizado e na memória através da atividade de HDACs. / Introduction: Memory formation involves changes in the expression of neuronal genes. Epigenetic remodeling of chromatin and reversible post-translational modifications in the DNA or in the histone proteins represent central mechanisms in the regulation of gene expression during brain development and early learning or memory retrieval. Imbalances in the levels of histone acetylation are associated with a wide variety of brain disorders. Histone deacetylases (HDACs) play a key role in homeostasis of histone acetylation and regulation of fundamental cellular activities, such as transcription, making them a focus of study. Evidences shows that the administration of histone deacetylases inhibitors (HDACis) restore the memory associated with the regulation of gene expression and improves memory in rats. Studies in animal models have shown that memory formation involves a series of biochemical changes in several areas of the central nervous system, which the hippocampus and basolateral amygdala (BLA) are the most highlighted. In this context, experimental drugs, such as trichostatin A (TSA), that act on epigenetic mechanisms, have recently been proposed as potential therapies for the treatment of memory and cognitive dysfunction associated with psychiatric and neurological disorders. Objective: In this work we aimed to understand and elucidate the role of histone acetylation in processes involved in memory modulation using the drug TSA and is based on the hypothesis that HDACs activity is essential for the modulation of learning answers in the inhibitory avoidance (IA) task. Methods: Wistar rats were cannulated bilaterally in the amygdala. The effects of TSA micro-infusions into the BLA were observed in the consolidation and extinction of memory after training in the inhibitory avoidance task and the levels of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in the BLA and hippocampus related to memory consolidation. Results: The results demonstrated that the TSA infusion into BLA 1.5 h , 3 h and 6 h posttraining in the inhibitory avoidance task results in improved long-term memory (LTM). TSA accelerated the extinction of memory when infused immediately post-test. In addition, increased levels of BDNF in the hippocampus. Conclusion: These results indicate that epigenetic events play an important role in learning and memory by HDAC activity.

O estado da cromatina influencia diretamente nos processos de expressão gênica desencadeada durante a formação de memórias. Nesse sentido sendo de grande interesse seu estudo na área biomédica. Modificações epigenéticas como a metilação do DNA e modificações pós-traducionais em histonas são reguladores cruciais do estado da cromatina e ds transcrição gênica. Uma das modificações pós-traducionais mais bem estudada é a acetilação de histonas. Quando as histonas estão acetiladas a cromatina encontra-se num estado relaxado permitindo a expressão gênica. A reação é catalisada por acetiltransferases de histonas (HATs) e é um processo reversível catalisado por histona desacetilases (HDACs). A utilização de fármacos inibidores de histona desacetilases (HDACis) tem ajudado na elucidação dos mecanismos gênicos envolvidos na formação do aprendizado e da memória. Nosso trabalho se baseia na hipótese de que a atividade de HDACs é crucial para modulação das respostas de aprendizado na tarefa de esquiva inibitória e que a acetilação de histonas é um passo essencial neste processo. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram que a infusão intra-hipocampal de tricostatina A (TSA) ou butirato sódico (NaB) imediatamente após o treino resulta na melhora da memória de longa duração (LTM). TSA demonstrou ainda possuir duas ondas de efeitos melhoradores da LTM, uma imediatamente e outra 3h após o treino que coincidem com as ondas de ativação de vias de sinalização intracelular e de síntese de proteínas importantes para a formação da LTM. Adicionalmente, a inativação farmacológica da amigdala basolateral (BLA) antes do treino bloqueou os efeitos melhoradores do TSA administrado no hipocampo, evidenciando que a integridade da BLA é importante para este processo. Neste trabalho demonstramos também que a administração intraperitoneal de NaB imediatamente após o treino em animais velhos sem prejuízo cognitivo resulta em melhora significativa da memória. O tratamento com NaB não afetou a LTM de animais jovens saudáveis. Por fim, nossos dados demonstram que a administração de um fármaco antagonista de receptores TrkB, ANA-12, no hipocampo de animais jovens após o treino ou teste resulta no prejuízo da memória. No entanto a administração de NaB antes do treino preveniu os efeitos prejudiciais de ANA-12. Em conjunto estes resultados demonstram que a modulação epigenética através da atividade de HDACs é importante para a formação da LTM. Nossos dados fortalecem ainda a visão de que eventos epigenéticos possuem papel critico no aprendizado e memória interagindo com vias de sinalização intracelulares desencadeadas por estes processos. / The chromatin state directly impacts gene expression triggered by memory formation. Therefore, this process is of great interest to the biomedical area. Critical regulators of chromatin state and gene transcription are the epigenetic modifications such as DNA methylation and posttranslational modifications of histone proteins. One of the most studied postranslational modification of histones is histone acetylation. When histones are acetylated, chromatin is in a relaxed conformation allowing gene expression. Lysine acetylation is catalyzed by histone acetyltransferases (HATs) and is reversed by the action of histone deacetylases (HDACs). The use of histone deacetylase inhibitors (HDACis) is helping to elucidate genetic mechanisms of learning and memory. Our work is based on the hypothesis that HDACs activity is crucial for inhibitory avoidance (IA) learning responses modulation and the idea that histone acetylation is an essential step. The data presented in this work demonstrate that infusion of Trichostatin A (TSA) or Sodium Butyrate (NaB) intrahipocampally produced memory enhancement. Moreover, TSA showed two waves of memory enhancing effects when given immediately or 3 h after training coinciding with the observed waves of protein synthesis and PKA activation for memory formation. Our study also demonstrates that the enhancement of IA memory consolidation depends on the integrity of basolateral amygdala (BLA) since its functional inactivation by muscimol (MUS) completely blocked the enhancing effect of TSA infused in the rat hippocampus. Here, we also demonstrate that intraperitoneal administration of NaB immediately after training led to memory enhancement in aged rats with no cognitive deficit. Surprisingly, NaB had no effect in younger rats with normal memory retention. Finally, data presented here also demonstrate that TrkB activity in the hippocampus is crucial for long-term memory (LTM) since administration of a TrkB receptor antagonist, ANA-12, in the dorsal hippocampus immediately after training or retrieval led to memory retention impairment. Moreover, infusion of NaB before training prevented this impairing effect of TrkB antagonism. Taken together, these results show that epigenetic modulation by HDACs activity is required for memory formation. Our data also supports the idea of HDACs playing critical roles in learning and memory interacting with intracellular signaling pathways triggered by these processes.

abstract: The maternal separation (MS) paradigm is an animal model of early life stress. Animals subjected to MS during the first two weeks of life display altered behavioral and neuroendocrinological stress responses as adults. MS also produces altered responsiveness to and self-administration (SA) of various drugs of abuse including cocaine, ethanol, opioids, and amphetamine. Methamphetamine (METH) causes great harm to both the individual user and to society; yet, no studies have examined the effects of MS on METH SA. This study was performed to examine the effects of MS on the acquisition of METH SA, extinction, and reinstatement of METH-seeking behavior in adulthood. Given the known influence of early life stress and drug exposure on epigenetic processes, group differences in levels of the epigenetic marker methyl CpG binding protein 2 (MeCP2) in the nucleus accumbens (NAc) core were also investigated. Long-Evans pups and dams were separated on postnatal days (PND) 2-14 for either 180 (MS180) or 15 min (MS15). Male offspring were allowed to acquire METH SA (0.05 mg/kg/infusion) in 15 2-hr daily sessions starting at PND67, followed by extinction training and cue-induced reinstatement of METH-seeking behavior. Rats were then assessed for MeCP2 levels in the NAc core by immunohistochemistry. The MS180 group self-administered significantly more METH and acquired SA earlier than the MS15 group. No group differences in extinction or cue-induced reinstatement were observed. MS15 rats had significantly elevated MeCP2-immunoreactive cells in the NAc core as compared to MS180 rats. Together, these data suggest that MS has lasting influences on METH SA as well as epigenetic processes in the brain reward circuitry. / Dissertation/Thesis / M.A. Psychology 2013

Dans le noyau de nos cellules l’ADN est enroulé autour de petites protéines que l’on appelle les histones et forme ainsi ce que l’on nomme la chromatine. L’activation des gènes permet la production de protéines qui sont nécessaires au bon fonctionnement des différentes cellules de notre organisme. Notre corps est composé de différentes cellules dont l’identité est définie par un patron de gènes actifs et inactifs bien spécifique. Au cours de la mitose (division des cellules) il est crucial que les cellules conservent leur identité, faute de quoi des structures non adaptées peuvent apparaître et dans certains cas conduire à l’apparition de cancers. Les protéines du groupe Polycomb (PcG) constituent un important système de mémoire cellulaire qui permet de maintenir un gène inactif au cours du développement d’un organisme. Ces protéines sont ciblées sur des gènes spécifiques où elles modifient la nature chimique des histones, rendant la chromatine compacte, difficile d’accès et donc empêchant l’activation de ces gènes. Lors de la mitose, la chromatine va se compacter drastiquement pour faciliter la ségrégation des chromosomes. Les mécanismes par lesquels les protéines du PcG s’adaptent à cette restructuration massive du génome ne sont pas connus. Mon projet est d’étudier le comportement des protéines du PcG au niveau de la chromatine à travers la mitose et ainsi de comprendre comment est préservée l’identité des cellules. Historiquement, les protéines du PcG ont été découvertes chez la drosophile et leurs mutations entrainent des anomalies au niveau du plan corporel. Ces protéines existent également chez l’homme et jouent un rôle essentiel dans le contrôle du développement. Ainsi mes travaux effectués chez la drosophile pourront être repris pour l’étude de ces protéines chez l’homme. Par l’utilisation de techniques de microscopie à fluorescence, il est possible de détecter la fixation des protéines du PcG au niveau de la chromatine au cours de la mitose. Il a été observé que durant la mitose l’une des protéines du PcG est dissociée de la chromatine alors que deux autres protéines de ce groupe sont quant à elles maintenues. L’ancrage des protéines du PcG à la chromatine se fait par le dépôt d’une modification chimique spécifique sur une histone, la triméthylation de la lysine 27 de l’histone 3 (H3K27me3). Pendant la mitose le résidu adjacent, la serine 28, va être phosphorylé (H3S28ph), et cette seconde modification perturbe la fixation des protéines du PcG. Pour mieux comprendre comment ces deux modifications (H3K27me3 et H3S28ph) définissent la fixation des protéines du PcG le long du chromosome lors de la mitose, j’analyserai la distribution de ces protéines le long du génome dans des cellules en mitose. D’autre part, j’étudierai les défauts développementaux provoques par l’absence de ces deux modifications chimiques à partir de drosophiles mutantes. La dérégulation des protéines du PcG entraine des défauts développementaux et est à l’origine de nombreux cancers chez l’homme. Des avancées dans le domaine pharmacologique ont permis d’élaborer des inhibiteurs de certaines des protéines du PcG qui pourraient constituer de nouvelles thérapies anti-cancer. Il est donc important de comprendre parfaitement les mécanismes d’actions de ces protéines, tout particulièrement au cours de processus biologiques cruciaux tel que la mitose. / Polycomb group (PcG) proteins maintain repression on key developmental genes to preserve cell fates. It is unknown on how PcG-mediated repressive chromatin is inherited across cell cycles. This project aims to study the chromatin-binding profile of PcG proteins and their cognate histone mark (H3K27me3) in mitosis. We observed that Polycomb (Pc) were dissociated from chromosomes during mitosis and reassociation begins from late anaphase onwards. In contrary, Ph, PSC and high level of H3K27me3 were detected on mitotic chromosomes. Importantly, drug-inhibition of Aurora B and hence depletion of H3S28ph retained Pc on mitotic chromosomes. To further understand how mitotic H3S28ph affects PcG proteins binding profile, a FACS-sorting protocol was optimized to isolate mitotic cells for ChIP-seq analyses. In parallel, Drosophila model of histone mutants (H3K27R and H3S28A) were established to assess the importance of these modifications on PcG-mediated epigenetics inheritance across mitoses.

O estado da cromatina influencia diretamente nos processos de expressão gênica desencadeada durante a formação de memórias. Nesse sentido sendo de grande interesse seu estudo na área biomédica. Modificações epigenéticas como a metilação do DNA e modificações pós-traducionais em histonas são reguladores cruciais do estado da cromatina e ds transcrição gênica. Uma das modificações pós-traducionais mais bem estudada é a acetilação de histonas. Quando as histonas estão acetiladas a cromatina encontra-se num estado relaxado permitindo a expressão gênica. A reação é catalisada por acetiltransferases de histonas (HATs) e é um processo reversível catalisado por histona desacetilases (HDACs). A utilização de fármacos inibidores de histona desacetilases (HDACis) tem ajudado na elucidação dos mecanismos gênicos envolvidos na formação do aprendizado e da memória. Nosso trabalho se baseia na hipótese de que a atividade de HDACs é crucial para modulação das respostas de aprendizado na tarefa de esquiva inibitória e que a acetilação de histonas é um passo essencial neste processo. Os resultados apresentados neste trabalho demonstram que a infusão intra-hipocampal de tricostatina A (TSA) ou butirato sódico (NaB) imediatamente após o treino resulta na melhora da memória de longa duração (LTM). TSA demonstrou ainda possuir duas ondas de efeitos melhoradores da LTM, uma imediatamente e outra 3h após o treino que coincidem com as ondas de ativação de vias de sinalização intracelular e de síntese de proteínas importantes para a formação da LTM. Adicionalmente, a inativação farmacológica da amigdala basolateral (BLA) antes do treino bloqueou os efeitos melhoradores do TSA administrado no hipocampo, evidenciando que a integridade da BLA é importante para este processo. Neste trabalho demonstramos também que a administração intraperitoneal de NaB imediatamente após o treino em animais velhos sem prejuízo cognitivo resulta em melhora significativa da memória. O tratamento com NaB não afetou a LTM de animais jovens saudáveis. Por fim, nossos dados demonstram que a administração de um fármaco antagonista de receptores TrkB, ANA-12, no hipocampo de animais jovens após o treino ou teste resulta no prejuízo da memória. No entanto a administração de NaB antes do treino preveniu os efeitos prejudiciais de ANA-12. Em conjunto estes resultados demonstram que a modulação epigenética através da atividade de HDACs é importante para a formação da LTM. Nossos dados fortalecem ainda a visão de que eventos epigenéticos possuem papel critico no aprendizado e memória interagindo com vias de sinalização intracelulares desencadeadas por estes processos. / The chromatin state directly impacts gene expression triggered by memory formation. Therefore, this process is of great interest to the biomedical area. Critical regulators of chromatin state and gene transcription are the epigenetic modifications such as DNA methylation and posttranslational modifications of histone proteins. One of the most studied postranslational modification of histones is histone acetylation. When histones are acetylated, chromatin is in a relaxed conformation allowing gene expression. Lysine acetylation is catalyzed by histone acetyltransferases (HATs) and is reversed by the action of histone deacetylases (HDACs). The use of histone deacetylase inhibitors (HDACis) is helping to elucidate genetic mechanisms of learning and memory. Our work is based on the hypothesis that HDACs activity is crucial for inhibitory avoidance (IA) learning responses modulation and the idea that histone acetylation is an essential step. The data presented in this work demonstrate that infusion of Trichostatin A (TSA) or Sodium Butyrate (NaB) intrahipocampally produced memory enhancement. Moreover, TSA showed two waves of memory enhancing effects when given immediately or 3 h after training coinciding with the observed waves of protein synthesis and PKA activation for memory formation. Our study also demonstrates that the enhancement of IA memory consolidation depends on the integrity of basolateral amygdala (BLA) since its functional inactivation by muscimol (MUS) completely blocked the enhancing effect of TSA infused in the rat hippocampus. Here, we also demonstrate that intraperitoneal administration of NaB immediately after training led to memory enhancement in aged rats with no cognitive deficit. Surprisingly, NaB had no effect in younger rats with normal memory retention. Finally, data presented here also demonstrate that TrkB activity in the hippocampus is crucial for long-term memory (LTM) since administration of a TrkB receptor antagonist, ANA-12, in the dorsal hippocampus immediately after training or retrieval led to memory retention impairment. Moreover, infusion of NaB before training prevented this impairing effect of TrkB antagonism. Taken together, these results show that epigenetic modulation by HDACs activity is required for memory formation. Our data also supports the idea of HDACs playing critical roles in learning and memory interacting with intracellular signaling pathways triggered by these processes.

O desenvolvimento de uma resposta imune adequada é um processo extremamente importante para a manutenção da homeostase do organismo. Uma série de processos são desencadeados a partir do primeiro contato com micro-organismos patógenos até a efetivação da resposta imune de memória. Todos esses processos envolvem a participação e a complexa atuação de mediadores como as citocinas inflamatórias e também citocinas regulatórias, que exercerão efeitos controlando o processo inflamatório. Diversos mecanismos moleculares, subjacentes à resposta inflamatória, ainda não estão totalmente compreendidos, como por exemplo o controle da expressão de genes inflamatórios exercido pela IL-10. Os processos envolvidos na resposta inflamatória são mantidos às custas do consumo de nutrientes, dentre eles podemos destacar o aminoácido glutamina, que atua em nível molecular, fornecendo nitrogênio para a formação do material genético e fonte energética para determinadas células do sistema imunológico como os macrófagos. Portanto, neste trabalho, investigamos os efeitos da IL-10 na modificação de nucleossomos, evidenciando o papel dessa citocina em regular a expressão de genes inflamatórios em macrófagos. Avaliamos também a função da glutamina, modulando a expressão de RNAm de citocinas inflamatórias e regulatórias dessas células. E por último, desenvolvemos um modelo de restrição alimentar em camundongos, nos quais avaliamos os efeitos desse modelo considerando-se alguns aspectos hematológicos e estudamos as alterações na resposta inflamatória em células esplênicas e do peritônio, bem como avaliamos a suplementação de glutamina in vitro na produção das citocinas (IL-12, TNF-alfa, IL-10) e a expressão do fator de transcrição NFkB. Os resultados compilados mostraram que a IL-10 leva a uma rápida redução da acetilação de nucleossomos, modulando a arquitetura da cromatina de genes inflamatórios como a IL-12. A glutamina modula a expressão de citocinas inflamatórias, regulando positivamente a expressão de IL-10 e Interferon beta. E a restrição alimentar induz a redução de citocinas proinflamatórias (IL-12 e TNF-α), influenciadas pelo aumento da produção de IL-10 e finalmente a suplementação com glutamina não interfere nesses parâmetros nas células peritoneiais e esplênicas do grupo submetido à restrição alimentar. Conclusão: a IL-10 modula a expressão gênica através da modificação de nucleossomos em macrófagos derivados da medula; a glutamina modula a expressão de IL-10 inibindo a resposta inflamatória, e a restrição alimentar modula alguns aspectos hematológicos e possui propriedades anti-inflamatórias. / The development of an appropriate immune response is an important process to the organism\'s homeostatic maintenance. A series of processes are triggered upon the very first contact with pathogens, up to the immunological memory establishment. These processes implicate in the participation of complex mediators, such as inflammatory and regulatory cytokines that will control the inflammatory process. Some mechanisms underlying the inflammatory response are not totally understood, the control of inflammatory genes exerted by IL-10 is an example. The processes involved in the inflammatory response are kept with nutrients expense, among these nutrients we can highlight the amino acid glutamine. It acts in a molecular level, supplying nitrogen to genetic material formation and as an energy supply for immune cells such as macrophages. Thus, we investigated the IL-10 effects on nucleosome modifications evidencing this cytokine role regulating inflammatory genes expression in macrophages. We also evaluated glutamine functions modulating inflammatory and regulatory cytokines mRNA expression on these cells. Ultimately, we developed a dietary restriction animal model where we evaluated it\'s effects on selected haematological aspects, analyzing the alteration in the inflammatory response of splenic and peritoneal cells. We also evaluated in vitro glutamine supplementation assessing cytokines production (IL-12, TNF-α, and IL-10) and the expression of NFkB transcription factor. The compiled results a expressive reduction in nucleosome acetylation modifying the chromatin architecture of inflammatory genes such as IL-12 and IL-6. Glutamine modulates inflammatory cytokines gene expression upregulating the expression of IL-10 and interferon beta. The dietary restriction reduces proinflammatory cytokines production (IL-12 and TNF-α), these results are influenced by the upregulated IL-10 production, glutamine supplementation have no effect on these parameters in the dietary restriction group. In conclusion, we can infer that IL-10 modulates gene expression trough nucleosome modification in bone marrow derived macrophages, glutamine has a potential effect on IL-10 expression, inhibiting the inflammatory response and dietary restriction modifies hematological parameters, presenting anti-inflammatory properties.