Résumé non transmis / Summary not transmitted

Regenerative medicine is an emerging technology and with hundreds of cell therapies currently in clinical trials there is a need to expand the limited knowledge related to their storage, shipment and preservation. The most widely used medium for human cell cryopreservation is 10%wt dimethyl sulfoxide (DMSO) in serum. However given its potential toxicity, DMSO usage is a key issue in cryopreservation. Methods specify the need to reduce cell exposure time to DMSO above 0°C as much as possible but the maximum amount of time cells can be exposed to DMSO to prevent a detrimental effect needs to be clarified. There are also regulatory issues and concerns with the xenotoxicity, ethics and supply of the other core component in the standard cryomedia formulation: Foetal Bovine Serum (FBS). Developing a viable alternative to FBS is crucial. In cryobiology literature thawing appears poorly understood. A stable process is as vital as freezing to prevent injury to cells. Protocols are currently too vague for cell therapy regulation and need improvement. The time dependent DMSO cytotoxicity was evaluated by overexposing cells to DMSO during and/or after cryopreservation. A broad investigation found that after 1 hour overexposure post thaw viability of human mesenchymal stem cells (hMSCs) was reduced from 96.3±0.6% to 74.1±4.0% and the co-expression of five key hMSC markers was changed from 97.9±1.3% to 68.3±2.6%. This significant change could cause indicate a change in product efficacy and affect patient health, to prevent this, DMSO exposure must be kept to below 1 hour. A range of alternative vehicle solutions were screened and human platelet lysate (hPL) investigated as an alternative. In depth experimentation with hPL as a cryopreservation vehicle solution and culture supplement (in place of FBS) found it to be a worthy, statistically similar alternative. With no xenological or ethical concerns, lower costs than other serum-free alternatives hPL could allow for a move away from xenological components. A heat transfer model was developed and determined that 720J is required to thaw a vial. Using the heat transfer model and additional factors such as pre-thaw stabilisation and on thaw dilution, a two-stage experiment found that the current standard process (warming in a 37°C waterbath) within the current paradigm of a 1.8mL cryovial is optimal but further work is required to define the process for scaled-up product.

Recent advances in the clinical diagnosis and treatment of diseases using cell transplantation have emphasized the urgent need to cryopreserve many types of cells. In transfusion medicine, red blood cell (RBC) transfusions are used to treat anemia and inherited blood disorders, replace blood lost during or after surgery and treat accident victims and mass casualty events. In regenerative medicine, mesenchymal stem cell (MSC) therapy offers promising treatment for tissue injury and immune disorders. Current cryoprotective agents (CPAs) utilized for RBCs and MSCs are 40% glycerol and 10% dimethyl sulfoxide (DMSO), respectively. Although glycerol is required for successful cryopreservation of RBCs, it must be removed from RBCs post-thaw using costly and time-consuming deglycerolization procedures to avoid intravascular hemolysis. Unfortunately, while DMSO prevents cell damage and increases post-thaw MSC viability and recovery, recent reports have suggested that MSCs cryopreserved in DMSO display compromised function post-thaw. As a result, improvements to the current cryopreservation protocols such as reducing post-thaw RBC processing times and improving MSC function post-thaw are necessary in order to meet the increasing demands of emerging cellular therapies. Ice recrystallization has been identified as a significant contributor to cellular injury and death during cryopreservation. Consequently, the ability to inhibit ice recrystallization is a very desirable property for an effective CPA, unlike the conventional CPAs such as DMSO and glycerol that function via a different mechanism and do not control or inhibit ice recrystallization. Over the past few years, our laboratory has reported several different classes of small molecules capable of inhibiting ice recrystallization such as lysine-based surfactants, non-ionic carbohydrate-based amphiphiles (alkyl and aryl aldonamides) and O-linked alkyl and aryl glycosides. The use of these small molecule ice recrystallization inhibitors (IRIs) as novel CPAs has become an important strategy to improve cell viability and function post-thaw. With the overall goal to identify highly effective inhibitors of ice recrystallization, the first part of this thesis examines the IRI activity of three diverse classes of small molecules including carbohydrate-based surfactants bearing an azobenzene moiety, fluorinated aryl glycosides and phosphate sugars. While the majority of the carbohydrate-based surfactants and fluorinated aryl glycosides were not effective inhibitors of ice recrystallization, this work revealed that monosaccharides possessing a phosphate group could be effective IRIs. Our laboratory has previously demonstrated that small molecule IRIs β-PMP-Glc and β-pBrPh-Glc can protect human RBCs from cellular injury during freezing using reduced concentrations of glycerol (15% w/v). This was significant as reducing the concentration of glycerol can drastically decrease deglycerolization times. Consequently, structure- function studies were conducted on β-PMP-Glc and β-pBrPh-Glc to elucidate key structural features that further enhance their IRI activity and may increase their cryoprotective ability. In particular, the influence of an azido moiety on the IRI activity of β-PMP-Glc and β-pBrPh-Glc was investigated and it was determined that the position of the azide substituent on the pyranose ring is crucial for effective inhibition of ice recrystallization. Furthermore, the presence of an azido group at C-3 was found to increase the IRI activity of β-PMP-Glc and β-pBrPh-Glc. Despite the discovery that β-PMP-Glc and β-pBrPh-Glc are beneficial additives for the freezing of RBCs, a significant amount of cellular damage occurred during deglycerolization, resulting in very low cell recoveries. Thus, IRI active azido aryl glucosides were explored for their cryopreservation potential in RBCs to determine whether they could function as effective additives that reduce cellular damage post-thaw and improve cell recovery. One of the most significant results of this thesis is the discovery that azido aryl glucosides can successfully cryopreserve RBCs in the presence of 15% glycerol with significantly improved cell recovery. This thesis also explores the use of small molecule IRIs to improve the cryopreservation of MSCs. In particular, the addition of an N-aryl-aldonamide (2FA) to the standard 10% DMSO solution was found to enhance the proliferative capacity of MSCs post-thaw. Lastly, the ability of small molecule IRIs to cross the cell membrane and behave as permeating CPAs was evaluated in two different cell models, RBCs and human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). These studies demonstrated that small molecule IRIs are capable of permeating the cell membrane and controlling intracellular ice recrystallization.

Orientador: Elenice Deffune / Banca: Sérgio Luis Felisbino / Banca: João Tadeu Ribeiro Paes / Resumo: Levando-se em consideração avanços tecnológicos na área médica e o impacto dos programas de saúde que determinaram curvas de longevidade cada vez maiores e taxas de natalidade cada vez menores, o novo desafio do gestor público são as conseqüências: o envelhecimento e a vida como uma "doença crônica". Entre os principais desafios está a abordagem das doenças crônico-degenerativas que determinam o aumento de lesões cartilaginosas articulares. A débil capacidade de regeneração e as limitações das alternativas de tratamento fazem as técnicas derivadas da biotecnologia, como o transplante autólogo de condrócitos (TAC) e o uso de células-tronco, o foco das investigações. O TAC requer coleta de material cartilaginoso de área sadia, podendo causar nova lesão; no entanto, pode-se evitar este perigo com o uso de células-tronco. As células-tronco mesenquimais, adultas, podem se diferenciar em condrócitos mediante o uso de meio de cultura específico em consonância a um arcabouço 3D, mas muitos problemas como evitar a calcificação e estimular a condrogênese em meio favorável constituem o desafio para os pesquisadores na atualidade. 1) produzir anticorpo monoclonal específico a CTMs de coelho para monitorá-las, 2) determinar o volume ideal de coleta de medula óssea para microencapsulação e condrogênese, 3) realizar a microencapsulação das CTMs em novos arcabouços: BIOGEL3D e BACTCELL3D, comparando seu desempenho com o modelo clássico em alginato. Foram utilizados 25 coelhos Nova Zelândia sendo divididos em diferentes grupos em função do volume de MO coletado: G1 = 6mL, G2 = 9mL, G3 = 12mL, G4 = 15mL e G5 = volume ideal de coleta determinado pelos indicadores dos outros grupos. O material coletado foi diluído 1:2 em RPMI 1640 com 3.000U de heparina sódica. Após a contagem celular, as amostras foram submetidas a separação em gradiente... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Technological advances in the medical area combined with the impact of health programs that enhance longevity, together with lower natality rates created new challenges to the public manager such as aging and life as a "chronic disease". Among the major problems are the chronic degenerative diseases that increase articular lesions. The limited regeneration capabilities and the limitations of actual treatment alternatives made biotechnology derived techniques the focus of investigations. The autologous chondrocyte transplantation (ACT) requires a small biopsy of health cartilage, which can lead to a new lesion. However, the use of stem cells can avoid this possibility. Mesenchymal stem cells (MSCs) can differentiate into chondrocytes by using a specific culture medium together with a 3D scaffold, but some questions such as the risks of calcification remain as key factors to researchers. 1) to produce a monoclonal antibody that recognizes MSCs in order to characterize them, 2) to determine the optimal bone marrow collection volume for cell microencapsulation and chondrogenesis and 3) to microencapsulate MSCs in two novel scaffolds: BIOGEL3D and BACTCELL3D, comparing them with sodium alginate. 25 New Zealand rabbits were divided into 5 groups related to bone marrow collection volume: G1 = 6mL, G2 = 9mL, G3 = 12mL, G4 = 15mL and G5 = optimal volume determined by the study. The collected material was diluted in RPMI1640 medium 1:2, with 3000U sodium heparin. After cell count and viability assessment the samples were submitted to density gradient centrifugation in order to isolate the lymphomononuclear (LMN) fraction. These cells were seeded to obtain and expand the MSCs in DMEM Knockout® (InvitrogenTM) supplemented with antibiotic/antimycotic, Lglutamine, essential aminoacids, non essential aminoacids and fetal bovine serum (all from InvitrogenTM). The cells were cultivated in 5% CO2 ...(Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Neste trabalho tentamos traçar quais seriam os efeitos funcionais e de expressão gênica de mutações patogênicas no gene TCOF1 em células não embrionárias. A partir do estabelecimento de culturas celulares oriundas de periósteo facial de quatro pacientes portadores da síndrome de Treacher Collins (STC), obtivemos populações celulares com mais de 95% de marcação positiva para antígenos que caracterizam células de origem mesenquimal. Demonstramos que as células-tronco mesenquimais e fibroblastos provenientes de pacientes com STC apresentaram redução da expressão de TCOF1 de aproximadamente 31% quando comparados aos controles. Tal redução se mostrou compatível com a diminuição da expressão dos transcritos portadores de mutação patogênica observada no seqüenciamento do cDNA dos pacientes. Portanto, estes resultados sugerem que há degradação do transcrito mutado, que muito possivelmente deve ser regulada pelo mecanismo de non-sense mediated mRNA decay (NMD) e corroboram o modelo de haploinsuficiência da Treacle. Como o pico de expressão do gene Tcof1 é detectado durante o estágio embrionário de formação das células da crista neural e embriões de camundongos Tcof1+/- apresentam redução da proliferação das células neuroepiteliais, testamos se haveria alteração da capacidade proliferativa de células mesenquimais adultas com mutações no TCOF1. A análise das taxas de crescimento das culturas celulares provenientes de pacientes com STC se mostrou semelhante aos controles normais, indicando que menores níveis de transcritos do gene não interferem na capacidade proliferativa celular. Além disso, avaliamos o potencial de diferenciação óssea in vitro, mostrando que menores níveis de TCOF1 também não parecem influenciar a capacidade de diferenciação celular. Apesar de ainda não termos identificado um fenótipo celular, a deficiência de TCOF1 em células não embrionárias resulta na alteração da expressão gênica, já que a análise da expressão genômica das culturas celulares identificou uma série de genes diferencialmente expressos. Ademais, genes de parada do ciclo celular e apoptose com expressão aumentada em células embrionárias de camundongo Tcof1+/- não apresentaram expressão aumentada nas células humanas com mutações patogênicas no TCOF1, sugerindo que a via da p53 não está ativa nestas células não embrionárias. Dentre os genes diferencialmente expressos encontrados, o aumento dos transcritos de DAXX nas células-tronco mesenquimais com mutações patogênicas no TCOF1 poderia modular as funções da p53 nessas células, constituindo um bom alvo de investigações futuras para a elucidação da função do TCOF1 em células não embrionárias. Os resultados obtidos sugerem que deficiência de TCOF1 em células mesenquimais leva à ativação de outras vias de sinalização, cujo efeito funcional é ainda desconhecido. Quais seriam as funções e em quais vias celulares o TCOF1 agiria, são questões a serem elucidadas a respeito do papel do gene na fase adulta. / In this work we tried to outline the effects of functional and gene expression of pathogenic mutations in the gene TCOF1 in non-embryonic cells. From the establishment of facial periosteum derived cell culture of four patients with Treacher Collins syndrome (TCS), we obtained cell populations that are more than 95% positive for mesenchymal origin characteristic antigens. We demonstrated that mesenchymal stem cells and fibroblasts from patients with TCS showed reduction of approximately 31% in the TCOF1 expression when compared to controls. This reduction was consistent with the decrease in the expression of transcripts carrying the pathogenic mutations observed when sequencing the cDNA of the patients. Therefore, these results suggest that degradation of the mutated transcript occurs and it may possibly be governed by the mechanism of non-sense mediated mRNA decay (NMD), thus corroborating the Treacle haploinsufficiency model. As the peak of TCOF1 gene expression is detected during the embryonic stage of the formation of neural crest cells and Tcof1+/- mice embryos had shown reduction of neuroepithelium cells proliferation rate, we tested if there is a change in proliferative capacity of adult mesenchymal cells with mutations in TCOF1. The analysis of the growth rate of TCS patients cells was similar to normal controls, indicating that lower levels of transcripts of the gene does not interfere with cellular proliferative capacity. Furthermore, we evaluated the bone differentiation potential of these cells in vitro, showing that lower levels of TCOF1 also seem does not influence cell differentiation ability. Although a cellular phenotype has not yet been identified, deficiency of TCOF1 in non-embryonic cells results in gene expression change, since genomic analysis of the expression of cell cultures identified a number of differentially expressed genes. Furthermore, arresting cell cycle and apoptosis related genes with increased expression in embryonic cells of Tcof1+/- mice showed no increased expression in human cells with pathogenic mutations in TCOF1 suggesting that the p53 pathway is not active in these non-embryonic cells. Among the differentially expressed genes found, the increase of DAXX transcripts in mesenchymal stem cells with pathogenic mutations in TCOF1 could modulate the function of p53 in these cells, providing a good target for future investigations to elucidate the function of TCOF1 in non-embryonic cells. The results suggest that deficiency of TCOF1 in mesenchymal cells leads to activation of other signaling pathways, whose functional effects are still unknown. The functions and cellular pathways in which the TCOF1 act, are issues yet to be elucidated concerning the role of the gene during adulthood.

Células-tronco mesenquimais (CTM) apresentam tropismo a tumores, sendo importantes componentes do estroma tumoral. No cérebro, o nicho perivascular é uma importante fonte de CTM, as quais podem contribuir direta e/ou indiretamente para o desenvolvimento de tumores, embora os mecanismos envolvidos sejam pouco conhecidos. No presente trabalho, investigou-se a influência de CTM sobre a proliferação, capacidade invasiva e tumorigenicidade de células de Glioblastoma (GBM) humano. Sabe-se que CTM produzem TGFB1, uma citocina multifuncional envolvida em imunomodulação, proliferação, migração e transição epitelial-mesenquimal de células tumorais. Experimentos in vitro, realizados com meios condicionados de CTM de cordão umbilical humano com silenciamento permanente do gene TGFB1, demonstraram que o TGFB1 secretado por CTM é capaz de aumentar significativamente a proliferação e viabilidade de células de GBM humano da linhagem U87FP635. Esses resultados revelam uma importante ação parácrina dessa citocina regulatória, quando produzida por outros tipos celulares contidos no microambiente tumoral. Entretanto, sob condições experimentais que melhor mimetizam o microambiente tumoral, detectou-se que CTM também afetam o comportamento de células tumorais por um mecanismo alternativo, dependente de contato celular, mas independente dos níveis de TGFB1 secretados pelas CTM. Sob condições de cocultivo celular, envolvendo contato físico entre CTM e células de GBM U87FP635, detectou-se um aumento significativo na quantidade de células tumorais viáveis. Quando cultivadas na forma de esferoides tumorais, o contato com CTM aumentou a capacidade invasiva das células U87FP635. Finalmente, em modelo in vivo ectópico de GBM, células U87FP635 geraram tumores mais desenvolvidos quando coinjetadas com CTM. Esses efeitos pró-tumorigênicos foram observados tanto em contato com CTM controles, quanto com CTM contendo o gene TGFB1 permanentemente silenciado. Assim, esses achados indicam que CTM podem exercer efeitos pró-tumorigênicos por dois mecanismos alternativos e independentes: ação parácrina de TGFB1 secretado por CTM e ação mediada por contato célula-célula. Nas condições experimentais testadas, o mecanismo dependente de contato célula-célula demonstrou ser predominante. O estudo proteômico do secretoma dessas células identificou 126 proteínas diferencialmente expressas além de 10 proteínas exclusivamente detectadas em meios condicionados de cocultivos de CTM com células de GBM U87FP635. Cerca de 80% dessas proteínas exclusivamente secretadas pelo contato célula-célula são componentes de exossomos e estão envolvidas em proliferação celular e desenvolvimento tecidual. Esses resultados apontam uma interação dinâmica de comunicação entre CTM e células tumorais, e revelam algumas proteínas interessantes potencialmente envolvidas em uma ação pró-tumorigênica de CTM mediada por contato celular / Mesenchymal stem cells (MSC) display tropism to tumors, being recruited to its microenvironment where they comprise the tumor stroma. In brain, perivascular niche is a substantial source of MSC. Although mechanisms involved are poorly understood, MSC may directly and/or indirectly contribute to tumor development. Herein, the influence of MSC on the proliferation, invasiveness and tumorigenicity of human glioblastoma cells (GBM) was investigated. Moreover, since MSC releases TGFB1, a multifunctional cytokine with roles in immunomodulation, proliferation, migration and epithelial-mesenchymal transition of tumor cells, we analyzed if MSC-secreted TGFB1 affects GBM behavior. In vitro studies performed in the presence of conditioned media from human umbilical cord MSC with a stable TGFB1 gene expression knockdown showed that MSC-secreted TGFB1 is able to significantly increase the proliferation and viability of a GBM cell line (U87FP635). These results revealed an important paracrine effect of this regulatory cytokine when secreted by other cell types in tumor microenvironment. However, under experimental conditions that better mimic the tumor microenvironment, it was found that MSC also affect tumor cell behavior by an alternative mechanism dependent on cell-cell contact, but independent of TGFB1 levels secreted by MSC. The cell-cell contact between MSC and GBM U87FP635 significantly enhaced tumor viable cells. Additionally, the spheroid tumor cell culture with MSC cell contact increased the invasiveness of U87FP635 cells. Finally, in vivo ectopic implantation model showed more developed tumors when GBM U87FP635 cells were coinjected with MSC. These pro-tumorigenic effects were found both in cell-cell contact with control MSC, as with MSC containing TGFB1 gene expression knockdown. Thus, these findings indicate that MSC can exert pro-tumorigenic effects by two alternative and independent mechanisms: paracrine action of TGFB1 secreted by MSC and action mediated by cell-cell contact. In the present experimental conditions, the cell-cell contact-dependent mechanism was predominant. The secretome proteomic study of those cells identified 126 differentially expressed proteins as well as 10 proteins exclusively detected in conditioned media from GBM U87FP635 cell cocultures with MSC. About 80% of proteins uniquely secreted by cell-cell contact are exosomes components and are involved in cell proliferation and tissue development. These results indicate a dynamic interaction of communication between MSC and tumor cells and reveal some interesting proteins potentially involved in a MSC pro-tumorigenic action mediated by cell contact

Dados da literatura e do nosso grupo evidenciam que a desnutrição protéica compromete órgãos linfo-hematopoéticos e modifica a resposta imune. Sabendo que animais desnutridos apresentam hipoplasia severa de órgãos hematopoéticos e que o microambiente medular apresenta distintos moduladores que atuam sinergicamente para influenciar a sobrevivência, proliferação e o desenvolvimento das células hematopoéticas em todos os seus níveis de diferenciação, avaliamos em um modelo de desnutrição, alguns aspectos da complexa regulação do microambiente medular avaliando a expressão de fatores de transcrição envolvidos no processo de diferenciação da Célula Tronco Mesenquimal (CTM) e capacidade de produção de citocinas importantes para o controle da hematopoese. Camundongos Balb/C machos, adultos, adaptados em gaioleiros metabólicos foram separados nos grupos controles e desnutridos recebendo, respectivamente, ração normoprotéica (12% de proteínas) e hipoprotéicas (2% de proteínas). Após o grupo desnutrido perder cerca de 20% do peso inicial, os animais foram sacrificados para a avaliação nutricional e hematológica caracterizando a desnutrição. As células mesenquimais foram isoladas da medula óssea (MO) e caracterizadas imunofenotipicamente por citometria de fluxo mostrando populações de células em ambos os grupos com marcação positiva para CD90, CD271, Sca1, CD49e, CD13, baixa marcação para CD34 e negativa para CD14, CD45. Na quantificação de fatores de transcrição por Western Blot verificou-se que células mesenquimais medulares de animais desnutridos apresentaram maior expressão de PPARγ e RUNX2, fato este que pode ser explicado, em parte, pelo remodelamento microambiental observado nesses animais. Sobrenadantes de células mesenquimais de animais desnutridos quantificados por Elisa apresentaram uma maior concentração de SCF e uma redução na concentração de G-CSF e GM-CSF. As alterações encontradas nos permitem concluir que a desnutrição compromete as células mesenquimais tanto no aspecto regulatório de fatores de transcrição, bem como na capacidade de produção de citocinas, contribuindo para o comprometimento do microambiente hematopoético e induzindo a falência medular comumente observada em situações de desnutrição protéica. / Data from literature and our group showed that protein malnutrition compromises lympho-hematopoietic organs and modifies the immune response. Knowing that malnourished animals show severe hypoplasia of hematopoietic organs and the bone marrow microenvironment has distinct modulators that act synergistically to influence survival, proliferation and development of hematopoietic cells in all levels of differentiation, we evaluated in a model of protein malnutrition, some aspects of the complex regulation of bone marrow microenvironment evaluating the expression of transcription factors involved in the differentiation of Mesenchymal Stem Cells, and the production capacity of cytokines which are important in the regulation of the hematopoiesis. BALB/c mice, males, adults adapted in metabolic cages were separated in two groups: control and malnourished groups receiving, respectively, normal protein diet (12% protein) and low protein (2% protein). After the malnourished group lost about 20% of initial weight, the animals were sacrificed and evaluated the nutrition status, as well as hematological parameters. Mesenchymal Stem Cells were isolated from bone marrow and immunophenotypically characterized by flow cytometry showing cells populations in both groups stained positive for CD90, CD271, Sca1, CD49e, CD13, low marking for CD34 and negative for CD14, CD45. In the measurement of transcription factors by Western Blot found that Mesenchymal Cells of bone marrow malnourished animals showed higher expression of RUNX2 and PPARγ. This fact can be explained, in part, by microenvironmental remodeling observed in these animals. Mesenchymal stem cells supernatants of malnourished mice quantified by Elisa presented a higher concentration of SCF and a reduced concentration of G-CSF and GM-CSF. The alterations found in malnourished animals allow us to conclude that malnutrition commits Mesenchymal Stem Cells on the expression of transcription factors involved in the regulatory aspects of the differentiation process, as well as at the capacity of cytokine production, contributing to an impaired hematopoietic microenvironment and inducing the bone marrow failure commonly observed in protein malnutrition states.

A fissura lábio-palatina não-sindrômica (FLP NS) é uma doença multifatorial, determinada pela interação entre fatores genéticos e ambientais e sua incidência é estimada entre 0,34 e 2,29 a cada 1000 nascimentos. Trata-se de uma embriopatia causada por erros durante a morfogênese orofacial, a qual depende de uma fina regulação de mecanismos como proliferação celular, remodelagem de matriz extracelular, e transição epitélio-mesenquimal. Apesar de intensos esforços para se determinar fatores genéticos e ambientais de susceptibilidade, a etiologia desta malformação permanece pouco compreendida. Vários loci associados às FLP NS vêm sendo identificados por meio de estudos de mapeamento gênico convencionais, entretanto, a grande maioria dos resultados não se replica em diferentes estudos, e não há clareza acerca do efeito funcional das variantes detectadas. Neste contexto, uma abordagem interessante para investigar a etiologia da doença é a análise de expressão gênica, que pode ser utilizada para identificar alterações de vias biológicas que convergem na manifestação do quadro clínico. Em vista disso, neste trabalho nós utilizamos a análise do transcriptoma de células-tronco de polpa dental de pacientes portadores de FLP NS, com o intuito de identificar padrões de expressão relacionados a mecanismos biológicos relevantes para a embriopatogênese da doença. Obtivemos padrões de expressão que sugerem desregulação de mecanismos associados à remodelagem de matriz extracelular e à transição epitélio-mesenquimal. Além disso, ao utilizarmos diferentes condições de cultura celular, verificamos em uma nova amostra de pacientes a desregulação de vias biológicas relacionadas ao reparo de DNA e checkpoint do ciclo celular. Nossos dados revelam a aplicabilidade das células-tronco de polpa dental para este tipo de abordagem, e indicam que tais perfis de expressão podem levar ao acometimento da morfogênese lábio-palatina. Além disso, mostramos pela primeira vez uma conexão entre desregulação de expressão gênica e a documentada maior incidência de formas esporádicas de câncer em famílias segregando a FLP NS. Nossos resultados abrem novas possibilidades para a investigação da etiologia das FLP NS, e ajudarão na compreensão dos eventos embrionários que predispõem a essa malformação. / Non-syndromic cleft lip and palate (NSCL/P) is a multifactorial disease determined by the interplay between genetic and environmental factors, with a variable incidence of 0.34-2.29:1000 births. This malformation arises from errors during lip and palate morphogenesis, which requires tight regulation of biological mechanisms such as cellular proliferation, extracellular matrix remodelling, and epithelial-mesenchymal transition. Albeit much effort has been put into determining the genetic and environmental factors underlying disease susceptibility, the aetiology of NSCL/P remains obscure. Many candidate loci have been identified through conventional gene mapping strategies, however, there is a general lack of reproducibility across studies, and there is no consensus with regard to the functional implications of the identified genetic variants. In this context, an alternative approach resides in assessing differential expression patterns to identify alterations in biological networks that could lead to phenotype manifestation. Here, we analysed the transcriptome of dental pulp stem cells from NSCL/P patients in order to pinpoint dysregulated pathways involved in the embryopathogenesis of the disease. We encountered expression patterns related to dysregulation of extracellular matrix remodelling and epithelial mesenchymal transition. Moreover, by subjecting a novel NSCL/P sample to differential cell culture conditions, we observed abnormal transcription of genes partaking in DNA repair and cell cycle checkpoint pathways. Our results show the applicability of dental pulp stem cells to this strategy and suggest that the observed expression patterns could lead to impairment of lip and palate morphogenesis. Moreover, we described for the first time a connection between abnormal gene expression in these individuals and the elevated occurrence of sporadic cancer types in NSCL/P families. Our results open new possibilities to investigate the aetiology of NSCL/P and provide further insight into the ontogenetic events underlying disease predisposition.

Fissura de lábio com ou sem fissura de palato não-sindrômica (FL/P NS) é uma malformação craniofacial frequente, com modelo de herança multifatorial, onde fatores de risco genéticos e ambientais atuam na manifestação da doença. Variações nos níveis de expressão gênica têm sido apontadas como um importante mecanismo de susceptibilidade a doenças complexas, e variantes no DNA que regulam esses níveis de expressão (eQTL) têm sido combinadas a estudos de associação para auxiliar no entendimento da etiologia de algumas doenças. No presente trabalho, integramos eQTLs e estudo de associação para 1) verificar se variantes já associadas com FL/P NS possuem um papel regulatório em células-tronco de músculo orbicular do lábio (OOMMSC, um tecido afetado em FL/P NS), e 2) verificar se eQTLs mapeados em OOMMSC teriam associação com a mesma. Para o primeiro objetivo, verificamos a correlação entre os genótipos das variantes rs642961 e rs590223 e os níveis de expressão de IRF6, e também entre rs987525 e os níveis de expressão de MYC. Não encontramos correlação para nenhuma das três variantes testadas. É possível que essas variantes possuam um papel funcional em algum momento específico da embriogênese, ou mesmo que não tenhamos detectado essa correlação devido ao número amostral analisado (N=46). Para o segundo objetivo, realizamos um estudo de associação do tipo caso-controle dos eQTLs rs5011163, rs1505443, rs4793213, rs4793229 e rs1242500. Não encontramos associação entre nenhuma das cinco variantes e FL/P NS. Uma possível explicação para a associação negativa seria a significância marginal dessas variantes como eQTLs em OOMMSC. Além disso, estudos com baixo poder, como o mapeamento de eQTLs em OOMMSC realizado em outro projeto pelo nosso grupo, geralmente detectam os eQTLs de maior efeito, sendo esses frequentemente compartilhados entre tecidos, e, assim, podem não ter relevância para a doença em si. Outros eQTLs de OOMMSC, selecionados por critérios diferentes do presente estudo, estão sendo testados para associação com FL/P NS, o que nos permitirá avaliar a relevância dessa abordagem para detectar variantes de susceptibilidade a FL/P NS / Nonsyndromic cleft lip with or without cleft palate (NSCL/P) is a frequent craniofacial malformation, with a multifactorial model of inheritance, in which genetic and environmental risk factors act in disease manifestation. Variation of gene expression has been pointed as an important susceptibility mechanism to complex diseases, and DNA variants that regulate expression levels (eQTLs) have been combined with association studies to help elucidate the etiology of some diseases. In the present work, we integrate eQTL and association studies to 1) verify if variants associated with NSCL/P have a regulatory role in orbicularis oris muscle mesenchymal stem cells (OOMMSC, a tissue affected by NSCL/P); and 2) verify if eQTLs mapped in OOMMSC are associated with the disease. For the first goal, we verified the correlation of the rs642961 and rs590223 genotype variants with IRF6 expression levels, and also between the rs987525 genotype and MYC expression levels. We did not find correlation for any of the three variants tested. Possibly, these variants have a functional role in specific moments of embryogenesis, or sample size (N=46) was insufficient to detect correlation. For the second goal, we did a case-control association study for eQTLs rs5011163, rs1505443, rs4793213, rs4793229 and rs1242500. We did not find association between these variants and NSCL/P. The negative association could be explained by the marginal significance of these variants as eQTLs in OOMMSC. Besides, low-power studies, as the OOMMSC eQTL mapping performed in another project by our group, usually detect eQTLs of larger effect, which are frequently shared among tissues; therefore, they may not be relevant for the disease itself. Other eQTLs, selected under different criteria, are currently being tested for association with NSCL/P, which will enable us to evaluate the relevance of this approach to detect susceptibility variants for NSCL/P

O objetivo desse estudo foi investigar a participação de integrina &alpha;1&beta;1 e microRNAs (miRs) no potencial osteogênico de superfícies de titânio (Ti) com nanotopografia. Discos de Ti previamente polidos foram tratados quimicamente com H2SO4/H2O2 para obtenção de nanotopografia, que foi observada por microscopia eletrônica de varredura. Para o estudo da participação da integrina &alpha;1&beta;1, células-tronco mesenquimais (CTMs) de ratos foram cultivadas em condições osteogênicas e não osteogênicas sobre superfícies de Ti com nanotopografia e sem tratamento químico (controle). O resultados mostraram que a nanotopografia de Ti aumentou a proliferação celular, a atividade de fosfatase alcalina (Alp) e regulou positivamente a expressão gênica de marcadores da diferenciação osteoblástica em CTMs cultivadas tanto em condições osteogênicas quanto em condições não osteogênicas. Além disso, uma maior expressão gênica para as integrinas &alpha;1 e &beta;1 foi observada em culturas crescidas sobre nanotopografia em condições não osteogênicas em relação ao Ti controle. O uso de obtustatina, um inibidor de integrina &alpha;1&beta;1, reduziu os efeitos da nanotopografia sobre os marcadores osteoblásticos, indicando a participação da via de sinalização dessa integrina nos efeitos da nanotopografia sobre CTMs. Para investigar a participação de miRs no efeito osseoindutor da nanotopografia de Ti, foram utilizadas CTMs humanas e células préosteoblásticas de camundongos da linhagem MC3T3-E1. A análise em larga escala da expressão de miRs revelou que 60 miRs foram regulados positivamente (no mínimo, 2x maior), enquanto 58 miRs foram regulados negativamente (no mínimo, 2x menor) em CTMs crescidas sobre a nanotopografia. Três desses miRs, miR-4448, -4708 e -4773, cuja expressão foi significativamente reduzida pela nanotopografia de Ti (no mínimo, 5x menor), afetaram a diferenciação osteoblástica de CTMs. Esses miRs atuam diretamente sobre SMAD1 e SMAD4, proteínas transdutoras da sinalização da proteína óssea morfogenética 2 (Bmp-2), conhecida por sua capacidade osseoindutora. Além disso, verificou-se que a sobreexpressão de miR-4448, -4708 e -4773 em células pré-osteoblásticas MC3T3-E1 inibiu a expressão gênica e proteica de SMAD1 e SMAD4 e, consequentemente, a expressão gênica de marcadores ósseos. Esses dados sugerem a influência do circuito miR-SMAD-Bmp-2 sobre o efeito osseoindutor da nanotopografia. Conjuntamente, os achados do presente estudo mostraram que o efeito da nanotopografia de Ti sobre a diferenciação osteoblástica resulta de um mecanismo regulatório complexo, do qual fazem parte as vias de sinalização da integrina &alpha;1&beta;1 e da Bmp-2, com a participação de miRs. Esses resultados podem representar um avanço para o desenvolvimento de novas modificações de superfície, com o objetivo de acelerar e/ou melhorar o processo de osseointegração. / The aim of this study was to investigate the role of the &alpha;1&beta;1 integrin and microRNAs (miRs) on the osteogenic potential of titanium (Ti) with nanotopography. Polished Ti discs were chemically treated with H2SO4/H2O2 to generate nanotopography, which was observed under scanning electron microscopy. For the study related to the &alpha;1&beta;1 integrin, rat mesenchymal stem cells (MSCs) were cultured under osteogenic and non-osteogenic conditions on Ti with nanotopography and non-treated Ti discs (control). Nanotopography increased cell proliferation and alkaline phosphatase (Alp) activity and upregulated the gene expression of bone markers in cells cultured under osteogenic and non-osteogenic conditions. Furthermore, the gene expression of &alpha;1 and &beta;1 integrins was higher in cells cultured on nanotopography under non-osteogenic conditions compared with control. Obtustatin, an inhibitor of &alpha;1&beta;1 integrin, reduced the higher gene expression of the bone markers induced by nanotopography. These results indicate that &alpha;1&beta;1 integrin signaling pathway determines the osteoinductive effect of nanotopography on MSCs. The role of miRs in the osteogenic potential of Ti with nanotopography was evaluated using human MSCs and MC3T3-E1 mouse pre-osteoblastic cells. The miR sequencing analysis revealed that 60 miRs were upregulated (> 2 fold), while 58 miRs were downregulated (< 2 fold) in MSCs grown on nanotopography. Three miRs, miR-4448, -4708 and -4773, which were significantly downregulated (< 5 fold) by nanotopography, affected the osteoblast differentiation of MSCs. These miRs directly target SMAD1 and SMAD4, both key transducers of the bone morphogenetic protein 2 (Bmp-2) osteogenic signal, which were upregulated by nanotopography. Overexpression of miR-4448 - 4708 and 4773 in MC3T3-E1 cells noticeably inhibited gene and protein expression of SMAD1 and SMAD4 and by targeting them, these miRs repressed gene expression of key bone markers. These results suggest that a miR-SMAD-Bmp-2 circuit acts in the Ti nanotopography-mediated osteoblast differentiation. Taken together, our data showed that the osteoblast differentiation induced by Ti with nanotopography is governed by a complex regulatory network involving a crosstalk between &alpha;1&beta;1 integrin and Bmp-2 signaling pathways with participation of miRs.