Sabe-se há décadas que mutações nos genes ras estão presentes em cerca de 20% dos cânceres humanos, mas o desenvolvimento de terapias eficazes para o tratamento de câncer dependente dos oncogenes ras permanece um desafio científico importante. Nesse contexto, o nosso grupo publicou recentemente resultados interessantes mostrando que FGF2 exógeno ou PMA, contrariamente à expectativa geral, inibem a proliferação de células de camundongo malignas dependentes dos oncogenes H- ou K-Ras. Para dar continuidade a estes estudos o projeto desta tese foi planejado para investigar os mecanismos subjacentes a possíveis efeitos citotóxicos de FGF2 e PMA em células humanas transformadas por ras. Para esse fim, a linhagem humana imortalizada HEK 293 foi condicionalmente transformada pela expressão ectópica da construção quimérica de DNA ER:H-rasV12, que codifica a oncoproteína de fusão ER:H-RasV12, cuja atividade é induzível por 4-hidroxi-tamoxifen (4OHT). Essa abordagem nos permitiu verificar os efeitos de FGF2 e PMA em sublinhagens HEK/ER:HrasV12 fenotipicamente \"normais\" ou transformadas por níveis crescentes da oncoproteína H-RasV12. Os principais resultados mostraram que tanto FGF2 como PMA tem efeito dual promovendo ou inibindo a proliferação das células transformadas em função da concentração intracelular crescente de H-RasV12. Ensaios de crescimento de colônias em suspensão de agarose mostraram que: a) as células parentais HEK293 não desenvolveram colônias mesmo quando tratadas com FGF2 ou PMA, resultados que estão de acordo com seu fenótipo não tumoral; b) mas, as sublinhagens HEK/ER:HrasV12 deram origem a colônias mesmo quando tratadas com concentrações pequenas de 4OHT, que condicionaram níveis intracelulares baixos de ER:HRasV12; nestas condições experimentais, FGF2 foi um forte promotor do crescimento de colônias, condizente com sua reconhecida atividade promotora do crescimento de células tumorais em suspensão; ainda nestas condições, PMA não teve efeito significante sobre o crescimento de colônias; c) coerentemente, concentrações elevadas de 4-OHT levaram aos níveis intracelulares mais altos de ER:HRasV12 e, por conseguinte, a desenvolvimento máximo de colônias de células HEK/ER:HrasV12, no entanto, nestas condições, ambos FGF2 e PMA inibiram completamente o crescimento de colônias. Por outro lado, transformação de HEK293 com um vetor de expressão constitutiva de HrasV12 levou à seleção e isolamento das sublinhagens tumorais HEK/HrasV12, cujo fenótipo se caracterizou por: a) nenhum efeito de FGF2 sobre a sua proliferação e b) forte inibição de sua proliferação por PMA. A ação citotóxica de PMA exclusivamente observada em células HEK 293 transformadas por H-rasV12 se caracterizou por: a) total dependência de PKC, provavelmente mediada pela ativação proteolítica específica de PKC δ; b) envolvimento de níveis elevados e sustentados de ROS com disparo tardio de apoptose. / It is known for nearly 20 years that mutated ras oncogenes are found in 20% of human malignancies, however efficacious therapies are not yet available for Ras-driven cancer. Along of these lines, our group recently published provocative results showing, against common belief, that FGF2 and PMA inhibited proliferation of Ras-dependent malignant mouse cells. Aiming to gain insight into this intriguing phenomenon, the present thesis project was planned to investigate the possible cytotoxicity of FGF2 and PMA in human Ras-driven malignant cells. To this end an immortalized non-tumorigenic human cell line (HEK293) was stably transformed with the DNA construction ER:H-rasV12, which encodes the fusion protein ER:H-RasV12, whose activity requires activation by 4-hidroxitamoxifen (4-OHT). This approach allowed us to evaluate FGF2 and PMA effects on HEK/ER:HrasV12 sublines under switching from \"normal\" to transformed phenotypes upon 4-OHT induction. Our main results have shown that both FGF2 and PMA displayed dual effects promoting or inhibiting proliferation of HEK/ER:HrasV12 cells in function of ER:HRasV12 intracellular levels. Clonogenic assays in agarose suspension have shown: a) parental HEK293 line did not develop colonies under FGF2 and PMA treatment or not, in agreement with its non-tumorigenic nature; b) however, HEK/ER:HrasV12 sublines developed colonies even under low 4-OHT concentrations, which led to low ER:HRasV12 intracellular levels; under these conditions FGF2 strongly promoted colony growth and PMA had no effect; c) furthermore, in HEK/ER:HrasV12 sublines, elevated 4-OHT concentrations led to high ER:HRasV12 intracellular levels and maximal colony growth; but, under these experimental conditions both FGF2 and PMA abolished colony growth. On the other hand, HEK293 transformation with a vector that constitutively express HrasV12 yielded HEK/ER:HrasV12 sublines displaying the following phenotypic traits: a) non FGF2 effects on proliferation and b) severe proliferation inhibition by PMA. PMA toxicity, exclusively observed in HrasV12 -transformed HEK293 cells, was characterized by: a) total dependency on PKC, likely mediated by specific proteolytic activation of PKCδ; b) involvement of high and sustained ROS levels correlated with late apoptosis triggering.

Sabe-se há décadas que mutações nos genes ras estão presentes em cerca de 20% dos cânceres humanos, mas o desenvolvimento de terapias eficazes para o tratamento de câncer dependente dos oncogenes ras permanece um desafio científico importante. Nesse contexto, o nosso grupo publicou recentemente resultados interessantes mostrando que FGF2 exógeno ou PMA, contrariamente à expectativa geral, inibem a proliferação de células de camundongo malignas dependentes dos oncogenes H- ou K-Ras. Para dar continuidade a estes estudos o projeto desta tese foi planejado para investigar os mecanismos subjacentes a possíveis efeitos citotóxicos de FGF2 e PMA em células humanas transformadas por ras. Para esse fim, a linhagem humana imortalizada HEK 293 foi condicionalmente transformada pela expressão ectópica da construção quimérica de DNA ER:H-rasV12, que codifica a oncoproteína de fusão ER:H-RasV12, cuja atividade é induzível por 4-hidroxi-tamoxifen (4OHT). Essa abordagem nos permitiu verificar os efeitos de FGF2 e PMA em sublinhagens HEK/ER:HrasV12 fenotipicamente \"normais\" ou transformadas por níveis crescentes da oncoproteína H-RasV12. Os principais resultados mostraram que tanto FGF2 como PMA tem efeito dual promovendo ou inibindo a proliferação das células transformadas em função da concentração intracelular crescente de H-RasV12. Ensaios de crescimento de colônias em suspensão de agarose mostraram que: a) as células parentais HEK293 não desenvolveram colônias mesmo quando tratadas com FGF2 ou PMA, resultados que estão de acordo com seu fenótipo não tumoral; b) mas, as sublinhagens HEK/ER:HrasV12 deram origem a colônias mesmo quando tratadas com concentrações pequenas de 4OHT, que condicionaram níveis intracelulares baixos de ER:HRasV12; nestas condições experimentais, FGF2 foi um forte promotor do crescimento de colônias, condizente com sua reconhecida atividade promotora do crescimento de células tumorais em suspensão; ainda nestas condições, PMA não teve efeito significante sobre o crescimento de colônias; c) coerentemente, concentrações elevadas de 4-OHT levaram aos níveis intracelulares mais altos de ER:HRasV12 e, por conseguinte, a desenvolvimento máximo de colônias de células HEK/ER:HrasV12, no entanto, nestas condições, ambos FGF2 e PMA inibiram completamente o crescimento de colônias. Por outro lado, transformação de HEK293 com um vetor de expressão constitutiva de HrasV12 levou à seleção e isolamento das sublinhagens tumorais HEK/HrasV12, cujo fenótipo se caracterizou por: a) nenhum efeito de FGF2 sobre a sua proliferação e b) forte inibição de sua proliferação por PMA. A ação citotóxica de PMA exclusivamente observada em células HEK 293 transformadas por H-rasV12 se caracterizou por: a) total dependência de PKC, provavelmente mediada pela ativação proteolítica específica de PKC δ; b) envolvimento de níveis elevados e sustentados de ROS com disparo tardio de apoptose. / It is known for nearly 20 years that mutated ras oncogenes are found in 20% of human malignancies, however efficacious therapies are not yet available for Ras-driven cancer. Along of these lines, our group recently published provocative results showing, against common belief, that FGF2 and PMA inhibited proliferation of Ras-dependent malignant mouse cells. Aiming to gain insight into this intriguing phenomenon, the present thesis project was planned to investigate the possible cytotoxicity of FGF2 and PMA in human Ras-driven malignant cells. To this end an immortalized non-tumorigenic human cell line (HEK293) was stably transformed with the DNA construction ER:H-rasV12, which encodes the fusion protein ER:H-RasV12, whose activity requires activation by 4-hidroxitamoxifen (4-OHT). This approach allowed us to evaluate FGF2 and PMA effects on HEK/ER:HrasV12 sublines under switching from \"normal\" to transformed phenotypes upon 4-OHT induction. Our main results have shown that both FGF2 and PMA displayed dual effects promoting or inhibiting proliferation of HEK/ER:HrasV12 cells in function of ER:HRasV12 intracellular levels. Clonogenic assays in agarose suspension have shown: a) parental HEK293 line did not develop colonies under FGF2 and PMA treatment or not, in agreement with its non-tumorigenic nature; b) however, HEK/ER:HrasV12 sublines developed colonies even under low 4-OHT concentrations, which led to low ER:HRasV12 intracellular levels; under these conditions FGF2 strongly promoted colony growth and PMA had no effect; c) furthermore, in HEK/ER:HrasV12 sublines, elevated 4-OHT concentrations led to high ER:HRasV12 intracellular levels and maximal colony growth; but, under these experimental conditions both FGF2 and PMA abolished colony growth. On the other hand, HEK293 transformation with a vector that constitutively express HrasV12 yielded HEK/ER:HrasV12 sublines displaying the following phenotypic traits: a) non FGF2 effects on proliferation and b) severe proliferation inhibition by PMA. PMA toxicity, exclusively observed in HrasV12 -transformed HEK293 cells, was characterized by: a) total dependency on PKC, likely mediated by specific proteolytic activation of PKCδ; b) involvement of high and sustained ROS levels correlated with late apoptosis triggering.

The energy metabolism of most tumor cells relies on aerobic glycolysis (Warburg effect) characterized by an increased glycolytic flux that is accompanied by the increased formation of the cytotoxic metabolite methylglyoxal (MGO). Consequently, the rate of detoxification of this reactive glycolytic byproduct needs to be increased in order to prevent deleterious effects to the cells. This is brought about by an increased expression of glyoxalase 1 (GLO1) that is the rate-limiting enzyme of the MGO-detoxifying glyoxalase system. Here, we overexpressed GLO1 in HEK 293 cells and silenced it in MCF-7 cells using shRNA. Tumor-related properties of wild type and transformed cells were compared and key glycolytic enzyme activities assessed. Furthermore, the cells were subjected to hypoxic conditions to analyze the impact on cell proliferation and enzyme activities. Our results demonstrate that knockdown of GLO1 in the cancer cells significantly reduced tumor-associated properties such as migration and proliferation, whereas no functional alterations where found by overexpression of GLO1 in HEK 293 cells. In contrast, hypoxia caused inhibition of cell growth of all cells except of those overexpressing GLO1. Altogether, we conclude that GLO1 on one hand is crucial to maintaining tumor characteristics of malignant cells, and, on the other hand, supports malignant transformation of cells in a hypoxic environment when overexpressed.

The energy metabolism of most tumor cells relies on aerobic glycolysis (Warburg effect) characterized by an increased glycolytic flux that is accompanied by the increased formation of the cytotoxic metabolite methylglyoxal (MGO). Consequently, the rate of detoxification of this reactive glycolytic byproduct needs to be increased in order to prevent deleterious effects to the cells. This is brought about by an increased expression of glyoxalase 1 (GLO1) that is the rate-limiting enzyme of the MGO-detoxifying glyoxalase system. Here, we overexpressed GLO1 in HEK 293 cells and silenced it in MCF-7 cells using shRNA. Tumor-related properties of wild type and transformed cells were compared and key glycolytic enzyme activities assessed. Furthermore, the cells were subjected to hypoxic conditions to analyze the impact on cell proliferation and enzyme activities. Our results demonstrate that knockdown of GLO1 in the cancer cells significantly reduced tumor-associated properties such as migration and proliferation, whereas no functional alterations where found by overexpression of GLO1 in HEK 293 cells. In contrast, hypoxia caused inhibition of cell growth of all cells except of those overexpressing GLO1. Altogether, we conclude that GLO1 on one hand is crucial to maintaining tumor characteristics of malignant cells, and, on the other hand, supports malignant transformation of cells in a hypoxic environment when overexpressed.