Das nur 16,5 kDa große Survivin ist ein bifunktionales Protein, welches eine bedeutende Rolle in zwei wichtigen zellulären Prozessen spielt, der Apoptose und der Mitose. Aufgrund seiner BIR Domäne wird es zu den Inhibitor der Apoptose Proteine (IAP) gezählt. Diese Gruppe an Proteinen interferiert negativ mit der Aktivierung der Caspasen und wirkt somit einer Induktion der Apoptose entgegen. Neben seiner anti-apoptotischen Funktion besitzt das Survivin zudem eine essentielle Rolle bei der Segregation der Chromosomen und während der Zytokinese. In der Mitose bildet Survivin mit Borealin, INCENP und der mitotische Aurora B Kinase den Chromosomalen Passenger Complex (CPC). Das Survivin besitzt zudem eine grosse medizinische Relevanz und gilt als Tumor-assoziertes Antigen, da es zu den Top vier Transkripten zählt, die in einer Vielzahl unterschiedlicher Tumorentitäten überexprimiert werden, aber nicht in Normalgewebe. Diese Überexpression geht einher mit einer erhöhten Resistenz der Tumore gegenüber Chemo- und Strahlentherapie und macht Survivin zu einem idealen molekularen Ziel einer Krebstherapie mittels RNA Interferenz oder spezifischer pharmakologischer Inhibitoren. In einer Vielzahl an Studien, in denen das Survivin-Protein mittels RNAi, dominant negativer Proteine oder „knock out“ des Survivin Genes (BIRC5) aus geschalten wurde, konnte eine Aktivierung des Tumorsuppressorproteins p53, einem wichtigen Mediator der Zellzyklusregulation, beobachtet werden. Bis heute ist es weitgehend unklar, wie eine Aktivierung von p53 nach einem Survivin Verlust erfolgen kann. Zudem stellte sich die Frage, ob eine therapeutische Intervention, welche die Ausschaltung des Survivin-Proteins zum Ziel hat, neben Tumorzellen auch normales Gewebe schädigen kann. Da Tumorzellen sich von normalen Zellen insbesondere dadurch unterscheiden, dass sie Defekte in p53-Signalwegen bzw. eine inaktivierende p53-Mutation oder Gendeletion besitzen, wurde die Auswirkung einer Survivin-Depletion auf p53-positive Tumorzellen und auf isogene Tumorzellen mit ausgeschalteten p53 untersucht. Zu diesem Zweck wurde p53 mittels RNAi in U87-MG und MCF-7 Zellen ausgeschalten und stabile p53-defiziente Zellen generiert. Insgesamt standen für die Untersuchungen mit HCT116, MCF-7 und U87-MG drei Zelllinien unterschiedlichen Ursprungs sowie ihre isogenetischen, aber p53-defizienten Derivate zur Verfügung. Survivin wurde in diesen Zellen durch einen retroviralen Vektor, der für eine shRNA (small hairpin RNA) gegen Survivin codiert, ausgeschalten. Der Verlust an Survivin führte dabei in Wildtyp- als auch in den p53-defizienten Zellen zu Polyploidie, einer gestörten Zytokinese und multipolaren Spindeln. Zusätzlich konnte eine Induktion an p53/p21waf/cip sowie eine erhöhte, p53- und Caspase 3-unabhängige Apoptose festgestelt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression an p21waf/cip in Wildtyp-Zellen sowie seines potentiellen Targets Cyclin D1 mit der Zunahme an Polyploidie nach Survivin RNAi korreliert. Allerdings führt die Expression des Cdk Inhbibitors p21waf/cip nur zu einem transienten Arrest der Zellen, da polyploide, Survivin-depletierte Zellen BrdU inkorporierten und dadurch proliferierten. Zudem wird zum ersten Mal eine ATM/ATR abhängige „DNA Damage Response“ (DDR) in Survivin-depletierten p53-defzienten und Wildtyp Zellen beschrieben, die zu einer Phosphorylierung und Stabilisierung von p53 führt. Sky-Analysen bestätigten numerische als auch schwere chromosomale Aberrationen wie Translokationen und dizentrische Chromosomen in Survivin-depletierten polyploiden Zellen. Die Inhibierung der Aurora B Kinase, einem weiteren Bestandteil des CPC, mittels eines chemischen Inhibitors zeigt analog das Auftreten von DNA Schäden, eine p53/p21waf/cip Aktivierung sowie eine Zunahme an Polyploidie, wie sie für Survivin beschrieben wurde. Diese Erkenntnisse zeigen deutlich auf, dass die DNA Schäden und der p53/p21waf/cip-abhängige G1 Arrest nach dem „knock down“ von Survivin aufgrund einer gestörten Mitose hervorgerufen wurde, während eine IAP-Funktion des Survivins unter den gewählten experimentellen Bedingungen nicht festzustellen war.

ABSTRACT Triticum sphaerococcum (AABBDD, 2n = 6x = 42) is a land race of wheat known from the Indian subcontinent. It has several favourable characters including short and strong culms, hemispherical grains with a shallow crease (that may increase the yield of white flour), higher protein content compared to bread wheat (T. aestivum), and resistance to drought, and yellow rust caused by Puccinia striiformis. However, an unfavourable characteristic of T. sphaerococcum is its lower yield compared to bread wheat. Being a land race, the sphaerococcum wheat is poorly studied. This study was undertaken to increase knowledge of the physiology and genetics of this land race and determine if it may be possible to separate the favourable characters of T. sphaerococcum from its unfavourable characters. Plant height in bread wheat is controlled by many genes. ‘Reduced Height’ (Rht) genes which differ in their response to externally applied gibberellic acid (GA3) are responsible for the short stature of modern bread wheat varieties. Therefore, GA3 was used to probe the relationship between the semidwarf sphaerococcum phenotype and the Rht gene. T. sphaerococcum variety Sp5 showed a unique “seedling response” to externally applied GA3 when compared with T. aestivum varieties harbouring Rht1, Rht2, Rht8, Rht12, Rht13 or Rht18 alleles. A mapping population of doubled haploids was generated through wide hybridisation of F1 (Sp5 x Otane) with Zea mays. A genome-wide scan of Sp5 and Otane (parents) using 348 microsatellite (SSR) markers showed that only 169 of these markers (49%) were polymorphic between the parents. A DArT profiling yielded 348 markers that were polymorphic between the parents. Microsatellite markers and DArT markers were used to create a genetic map. The mapping population was phenotyped and a quantitative trait loci (QTL) analysis was performed for component traits of the complex sphaerococcum trait including plant height, spike length, awn length, yield, grain shape and crease size. Results of the QTL analysis indicated that it may be difficult to separate the favourable characters of T. sphaerococcum from its unfavourable characters through mutation because the component traits of the complex sphaerococcum trait may be under pleiotropic control of the Sp gene. The hypothesis that T. sphaerococcum originated through a mutation in T. aestivum was tested through induced mutation using gamma rays. Mutants from sphaerococcum-type to aestivum-type were isolated and phenotyped. Sphaerococcum-type mutants also were isolated and characterised from mutated aestivum-type wheat suggesting a possible origin of T. sphaerococcum through a mutation in T. aestivum.

Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2009. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 155 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

Vitamin A and its metabolites retinal and retinoic acid are important molecules for the regulation of normal cellular growth, differentiation and other important functions. Retinoids are known to exert mutagenic as well as antimutagenic activity, although conflicting reports are known. All-trans retinoic acid (ATRA) is used in the treatment of many diseases such as acne, psoriasis and ichthyosis. It is also used in differentiated therapy of acute promyelocytic leukemia; however, it is frequently observed that relapses occur when ATRA is prescribed as maintenance therapy. Therefore, understanding the mechanism of action of ATRA in cells would be helpful in the development of high potent and low toxic chemotherapeutic agents. EA-4 is a newly synthesized steroidal analogue of ATRA and is considered as a promising agent for the inhibition of human leukemic cell growth. The study of genotoxicity is an important parameter for the design and development of new chemotherapeutic agents. Genotoxic effects of anticancer drugs in non-tumour cells are of special significance due to their possibility of inducing secondary tumours in cancer patients. Therefore, it is important to determine the genotoxic potential of a drug that will be used in chemotherapy, particularly in native human cells. Taking into consideration the above referred, it would be of interest to evaluate the genotoxic potential of EA-4 in comparison to ATRA, as to their ability to provoke micronucleus (MN) generation, due to both chromosome breakage and chromosome delay. Micronuclei originate from chromosome fragments or whole chromosomes, which lag behind at anaphase during nuclear division. According to our knowledge, there is no information on the ability of all-trans retinoic acid (ATRA) to induce micronucleus formation. To investigate the ability of ATRA and its steroidal analogue EA-4 to enhance micronucleation on human lymphocytes cultured in vitro, the Cytokinesis Block MicroNucleus (CBMN) assay was conducted. By this assay, the cytotoxic effect of the two retinoids was also estimated. To clarify the mechanism by which micronuclei are generated due to ATRA and EA-4 treatment, CBMN was combined with Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) using an α-satellite pancentromeric probe to detect centromere inclusion and thus intact chromosome(s) in micronuclei or acentric chromosome fragments. ATRA and EA-4 were shown to be cytotoxic by decreasing CBPI (Cytokinesis Block Proliferation Index) to statistically significant levels in relation to untreated cells. A statistically significant increase in micronucleus frequency was also observed for both investigated compounds. ATRA generated micronuclei mainly via chromosome breakage while a mild effect on chromosome delay was also apparent. On the other hand, EA-4 generated micronuclei exclusively via chromosome breakage. To verify ATRA and EA-4 genotoxicity, micronucleation was investigated in a second biological system coming from a different organism, C2C12 mouse cells. Micronucleus analysis was achieved by α-tubulin/CREST immunostaining for the visualization of microtubules and the detection of kinetochore inside micronuclei and hence the inclusion of whole chromosome(s) or acentric chromosome fragments. Additionally the effect of ATRA and EA-4 on cell proliferation was investigated by the estimation of Mitotic Index (M.I.). We found that ATRA and EA-4 exerted cytotoxic activity in C2C12 mouse cells by reducing the cell proliferation rate at significant levels, as evaluated by the decrease of M.I. A statistically significant elevation in the frequency of interphase cells with micronuclei was shown. CREST analysis confirmed the clastogenic activity of the studied retinoids that was indicated in human lymphocytes. Micronucleation due to ATRA was mediated mainly by chromosome breakage and in a lesser extent by chromosome delay. EA-4 was shown to induce chromosome breakage as well as chromosome delay, as opposed to human lymphocytes at which only clastogenic effect was shown. These observations suggest that, ATRA and EA-4 are able to provoke chromosome fragmentation, but additionally and in a lesser extent to disturb chromosome segregation at anaphase due to chromosome lagging. Cell cycle analysis showed that ATRA and EA-4 accumulated cells at ana-telophase. The analysis of ana-telophases revealed micronucleation, nucleoplasmic bridges and multinucleation, phenomena that may explain the dual genetic activity of ATRA and EA-4. Multinucleated and multimicronucleated interphase cells were also apparent, the second ones generated due to both chromosome delay and breakage. To further investigate the mechanism of genotoxic activity of ATRA and EA-4 we proceeded our research on two axes based on their aneugenicity and clastogenicity. Thus we studied the effect of ATRA and EA-4: i) on the integrity of mitotic spindle, as a target of aneugens by using double immunofluorescence staining of β- and γ-tubulin in C2C12 mouse cell line, which is a convenient system to apply this experimental procedure, and ii) to investigate the ability of the studied retinoids to induce double-strand breaks on DNA by using neutral Single Cell Gel Electrophoresis (SCGE assay-Comet assay) in two different cell lines, C2C12 mouse cells and HL-60 human leukemic cells. Analysis of mitotic spindle has shown that the studied retinoids affect chromosome orientation during metaphase by inducing bipolar metaphases with non-congressed genetic material due to abnormal microtubule network. In addition defects on centrosome duplication and/or separation were observed due to the presence of monopolar metaphases. Ana-telophases as well as interphases with supernumerary centrosomes were also apparent. Additionally, interphase cells with abnormal microtubule network were observed. The above findings may explain aneugenic as well as clastogenic activity of the studied retinoids. Comet assay revealed that ATRA and its steroidal analogue EA-4 provoke DNA migration due to double strand DNA fragmentation in both C2C12 mouse cells and HL-60 human leukemic cells. EA-4 was shown to be the stronger inducer of DNA fragmentation. These results confirm the findings from FISH and CREST analysis indicating that the studied retinoids show high clastogenic activity. . Taking into account the above, we may say that our findings clarify the cytotoxic and genotoxic activity of retinoic acid and the mechanism of its action by indicating its ability to induce chromosome breakage via double-strand DNA breaks and secondary its ability to provoke chromosome delay due to defects in microtubule network and mitotic spindle integrity. / Η βιταμίνη Α και οι μεταβολίτες της, ρετινόλη και ρετινοϊκό οξύ είναι ισχυροί παράγοντες για τη ρύθμιση σημαντικών λειτουργιών, όπως της κυτταρικής ανάπτυξης, διαφοροποίησης και άλλων. Τα ρετινοειδή είναι γνωστά για την μεταλλαξιγόνο αλλά και αντιμεταλλαξιγόνο δράση τους, αν και έχουν αναφερθεί αντικρουόμενα ευρήματα. Το all-trans ρετινοϊκό οξύ (ATRA) χρησιμοποιείται στη θεραπεία πολλών ασθενειών, όπως η ακμή, ψωρίαση, ιχθύωση, αλλά και στη θεραπεία κακοηθειών όπως η μυελογενής λευχαιμία. Συχνά σε περιπτώσεις όπου το ATRA αποτελεί τη βασική θεραπεία παρατηρούνται υποτροπιάσεις Έτσι, η κατανόηση του μηχανισμού δράσης του ATRA στα κύτταρα θα αποτελέσει χρήσιμο εργαλείο για την ανάπτυξη νέων, ισχυρών και μη-τοξικών θεραπευτικών παραγόντων προερχόμενων από αυτό. Το EA-4 είναι ένα πρόσφατα συντεθέν στεροειδικό ανάλογο του ATRA, που θεωρείται υποσχόμενος παράγοντας για την αναστολή της ανάπτυξης ανθρώπινων λευχαιμικών κυττάρων. Η μελέτη της γονιδιοτοξικότητας αποτελεί σημαντική παράμετρο για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών παραγόντων. Οι γονιδιοτοξικές επιπτώσεις αντικαρκινικών φαρμάκων σε μη-καρκινικά κύτταρα είναι ιδιαίτερης σημασίας, και αποτελούν πιθανή αιτία εμφάνισης δευτερογενών όγκων σε ασθενείς. Έτσι, είναι σημαντικό να μελετηθεί η γονιδιοτοξική δράση ενός φαρμάκου που θα χρησιμοποιηθεί στη χημειοθεραπεία. Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, θεωρήθηκε ενδιαφέρον να εκτιμηθεί η γονιδιοτοξικότητα του EA-4 σε σύγκριση με το ATRA ως προς την ικανότητά τους να προκαλούν την εμφάνιση μικροπυρήνων (MN) είτε μέσω της χρωμοσωματικής θραύσης είτε μέσω της χρωμοσωματικής καθυστέρησης. Οι μικροπυρήνες προέρχονται από χρωμοσωματικά θραύσματα ή ολόκληρα χρωμοσώματα, τα οποία καθυστερούν κατά την ανάφαση της μείωσης ή της μίτωσης. Σύμφωνα με όσα μέχρι σήμερα γνωρίζουμε, δεν φαίνεται να υπάρχουν στοιχεία που αφορούν την ικανότητα του all-trans ρετινοϊκού οξέος (ATRA) να επάγει το σχηματισμό μικροπυρήνων. Για τη διερεύνηση της ικανότητας του ATRA και του στεροειδικού αναλόγου του EA-4 να επάγει την εμφάνιση μικροπυρήνων, πραγματοποιήθηκε η μέθοδος αναστολής της κυτταροκίνησης (CBMN assay) σε ανθρώπινα λεμφοκύτταρα in vitro. Με την ίδια μέθοδο εκτιμήθηκε και η κυτταροτοξικότητα των δύο ρετινοειδών. Για την διευκρίνιση του μηχανισμού δημιουργίας των μικροπυρήνων από τη δράση των ATRA και EA-4, η μέθοδος CBMN συνδυάστηκε με την in situ υβριδιποίηση με φθοροχρώματα (FISH) και χρήση α-δορυφορικού (α-satellite) πανκεντρομερικού ανιχνευτή για την επισήμανση του κεντρομέρους και την ανίχνευσή του σε μικροπυρήνες. Η παρουσία σήματος υβριδοποίησης στους μικροπυρήνες υποδηλώνει την ύπαρξη άθικτου χρωμοσώματος στο εσωτερικό τους. Το αντίθετο υποδεικνύει την παρουσία άκεντρου χρωμοσωματικού θραύσματος. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι και οι δύο χημικές ενώσεις προκαλούν στατιστικά σημαντική αύξηση της συχνότητας των μικροπυρήνων Το ATRA οδηγεί στην δημιουργία μικροπυρήνων κυρίως μέσω χρωμοσωματικής θραύσης, και σε ηπιότερο βαθμό μέσω χρωμοσωματικής καθυστέρησης. Αντίθετα, το EA-4 επάγει το σχηματισμό μικροπυρήνων αποκλειστικά μέσω χρωμοσωματικής θραύσης. Επίσης το ATRA και το EA-4 παρουσάζουν ισχυρή κυτταροτοξικότητα, όπως φάνηκε από τη στατιστικά σημαντική μείωση του κυτταρικού δείκτη πολλαπλασιασμού (CBPI), σε σύγκριση με τις καλλιέργειες του μάρτυρα. Προκειμένου να επιβεβαιωθεί η γονιδιοτοξικότητα του ATRA και του EA-4, διερευνήθηκε η ικανότητά τους να προκαλούν αυξημένες συχνότητες μικροπυρήνων σε ένα δεύτερο βιολογικό σύστημα, την κυτταρική σειρά ποντικού C2C12. Η ανάλυση των MN πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο διπλού ανοσοφθορισμού α-τουμπουλίνης/CREST, για την ανίχνευση σήματος κινητοχώρου στο εσωτερικό του μικροπυρήνα κι έτσι την παρουσία ολόκληρου χρωμοσώματος. Επίσης,η κυτταροτοξικότητα τους διερευνήθηκε με την εκτίμηση του μιτωτικού δείκτη. Με τη ίδια μέθοδο αναλύθηκε η πρόοδος του κυτταρικού κύκλου. Παρατηρήθηκε ότι το ATRA και το EA-4 παρουσιάζουν κυτταροτοξική δράση στα κύτταρα C2C12 μειώνοντας το ρυθμό κυτταρικού πολλαπλασιασμού σε στατιστικά σημαντικά επίπεδα. Επιπλέον αποκαλύφθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση της συχνότητας κυττάρων με μικροπυρήνες. Η επισήμανση του κινητοχώρου επιβεβαίωσε τη θραυσματογόνο δράση των υπό μελέτη ρετινοειδών που παρατηρήθηκε στα ανθρώπινα λεμφοκύτταρα. Η δημιουργία μικροπυρήνων μέσω του ATRA ήταν αποτέλεσμα κυρίως χρωμοσωματικής θραύσης και σε μικρότερη έκταση χρωμοσωματικής καθυστέρησης, σε συμφωνία με τα ευρήματα από τα πειράματα στις καλλιέργειες ανθρώπινων λεμφοκυττάρων. Αντίθετα, παρατηρήθηκε ότι το EA-4, πλην της ισχυρής θραυσματογόνου δράσης, προκαλεί και χρωμοσωματική καθυστέρηση. Οι παρατηρήσεις αυτές υποδεικνύουν ότι το ATRA και το EA-4 είναι ισχυροί θραυσματογόνοι παράγοντες, αλλά σε μικρότερο βαθμό είναι ικανοί να διαταράξουν και τον χρωμοσωματικό αποχωρισμό κατά την πυρηνική διαίρεση. Η μελέτη του κυτταρικού κύκλου έδειξε ότι τόσο το ATRA και όσο και το EA-4 προκαλούν καθυστέρηση συσσωρεύοντας τα κύτταρα στα στάδια ανάφασης και τελόφασης της πυρηνικής διαίρεσης. Κύτταρα που συσσωρεύονται στα παραπάνω στάδια χαρακτηρίζονται από την εμφάνιση πυρηνοπλασματικών γεφυρών, την παρουσία περισσότερων του ενός πυρήνων, αλλά και την παρουσία μικροπυρήνων, φαινόμενα τα οποία είναι σύμφωνα με τη διττή γενετική δράση των ATRA και EA-4. Επίσης, παρατηρήθηκαν πολυπύρηνα μεσοφασικά κύτταρα και μεσοφασικά κύτταρα με πολλαπλούς μικροπυρήνες, με τον δεύτερο τύπο κυττάρων να προέρχεται τόσο από χρωμοσωματική θραύση όσο και από χρωμοσωματική καθυστέρηση. Έτσι, φαίνεται ότι τα δύο υπό μελέτη ρετινοειδή μπορούν να χαρακτηρισθούν μόρια με θραυσματογόνες αλλά και ανευπλοειδογόνες ιδιότητες. Για τη λεπτομερέστερη ανάλυση του μηχανισμού δράσης του ATRA και του EA-4 σχεδιάσθηκαν πειράματα σε δύο βασικούς άξονες που αφορούσαν την περαιτέρω μελέτη τόσο της ανευπλοειδογόνου όσο και της θραυσματογόνου δράσης τους. Έτσι, μελετήθηκε η επίδραση του ATRA και του EA-4 αντίστοιχα ως προς: α) την ακεραιότητα της μιτωτικής συσκευής, η οποία αποτελεί κυτταρικό στόχο ανευπλοειδογόνων ενώσεων. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε στην κυτταρική σειρά C2C12, μέσω της μεθόδου διπλού ανοσοφθορισμού για τη β- και γ-τουμπουλίνη, δομικά στοιχεία των μικροσωληνίσκων και του κεντροσώματος, και β) την δημιουργία δίκλωνων ρηγμάτων στο DNA μέσω της μεθόδου ηλεκτροφόρησης μοναδιαίων κυττάρων (SCGE assay-Comet assay) σε δύο διαφορετικές κυτταρικές σειρές, στα κύτταρα ποντικού C2C12 και στα λευχαιμικά κύτταρα ανθρώπου HL-60. Τα αποτελέσματα μας έδειξαν ότι τα υπό εξέταση ρετινοειδή επηρεάζουν τον χρωμοσωματικό προσανατολισμό κατά τη μετάφαση με την εμφάνιση διπολικών μεταφάσεων με τα χρωμοσώματα μη-διατεταγμένα στο ισημερινό πεδίο, λόγω ανωμαλιών του δικτύου των μικροσωληνίσκων. Επίσης, φάνηκε ότι προκαλούν ανωμαλία στον πολλαπλασιασμό και πιθανόι στον αποχωρισμό των κεντροσωμάτων, παρατήρηση που δικαιολογείται από την παρουσία μονοπολικών μεταφάσεων, καθώς και ανάτελοφάσεων αλλά και μεσοφασικών κύττάρων με υπεράριθμο κεντροσωματικό αριθμό. Επιβεβαιώθηκε επίσης η επίδρασή τους στην πορεία του κυτταρικού κύκλου με συσσώρευση των κυττάρων στα στάδια ανάφασης-τελόφασης. Επιπρόσθετα, φάνηκε ότι το ΕΑ-4, στη μεγαλύτερη συγκέντρωση, διακόπτει τον κυτταρικό κύκλο στο στάδιο της μετάφασης. Παράλληλα, παρατηρήθηκε διαταραχή στη δομή του δικτύου των μικροσωληνίσκων. Όλα τα παραπάνω ευρήματα ερμηνεύουν τόσο την ανευπλοειδογόνο όσο και τη θραυσματογόνο δράση των δύο ρετινοειδών. Με τη μέθοδο ηλεκτροφόρησης μοναδιαίων κυττάρων δείχθηκε ότι το ATRA και το στεροειδικό του ανάλογο EA-4 προκάλεσαν τη δημιουργία «κομητών», δηλαδή πυρήνων με ανώμαλη μορφολογία μέσω του σχηματισμού δίκλωνων θραυσμάτων DNA. Το φαινόμενο αυτό παρατηρήθηκε τόσο στα κύτταρα ποντικού C2C12 όσο και στα λευχαιμικά κύτταρα ανθρώπου HL-60, με το EA-4 να παρουσιάζει ισχυρότερη επαγωγή θραύσης του DNA. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώνουν τα ευρήματα των μεθόδων FISH και CREST, υποδεικνύοντας ότι τα υπό εξέταση ρετινοειδή παρουσιάζουν ισχυρή θραυσματογόνο δράση. Λαμβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, μπορούμε να ισχυριστούμε ότι τα ευρήματά μας διευκρινίζουν την κυτταροτοξική και γονιδιοτοξική δράση του ρετινοϊκού οξέος. Υποδεικνύουν ιδιότητες ισχυρώς θραυσματογόνων παραγόντων μέσω δημιουργίας δίκλωνων ρηγμάτων στο DNA των κυττάρων. Δευτερογενώς μπορούν να χαρακτηρισθούν ως ήπιες ανευπλοειδογόνες ενώσεις που προκαλούν ανώμαλο χρωμοσωματικό αποχωρισμό μέσω ανωμαλιών τόσο του δικτύου των μικροσωληνίσκων όσο και της ακεραιότητα της μιτωτικής συσκευής.

Hereditary spastic paraplegia type 54 is a rare autosomal recessive neurological gait disorder characterized by paraplegia, muscle spasticity, and intellectual disability. This length-dependent distal axonopathy is caused by mutations in the DDHD2 gene, which encodes the intracellular phospholipase A1 DDHD2. Little is known about the molecular function of the DDHD2 protein, especially in the context of HSP54. Thus, there is a need to further investigate its molecular functions and investigate the impact of DDHD2 deficiency in disease-relevant cells. Here, lipidomic profiling of dermal fibroblasts derived from three unrelated patients has revealed 19 glycerophosphoethanolamine species at differential levels in patients relative to unaffected controls. However, patient cells appear to have an unaffected Golgi apparatus morphology and lipid droplet formation, despite DDHD2’s proposed roles in these processes. To study the gene function in neuronal cells, I transdifferentiated the fibroblasts into induced neuronal precursor cells and found all the patient cells arrested in the G0/G1 phase of upon conversion. Given that these cell lines are unsustainable, I generated a stable knockdown cell line in the highly proliferative HEK293A to study the molecular biology of DDHD2. The knockdown cells had a reduced growth, were delayed in the G2/M phase of the cell cycle, and became multinucleated. I then treated the cells with antineoplastic compounds paclitaxel and nocodazole and found more knockdown cells in G0/G1 than controls, suggesting the possible occurrence of mitotic slippage. Lastly, I report a novel subcellular localization for DDHD2 at the microtubule organization center.

Das nur 16,5 kDa große Survivin ist ein bifunktionales Protein, welches eine bedeutende Rolle in zwei wichtigen zellulären Prozessen spielt, der Apoptose und der Mitose. Aufgrund seiner BIR Domäne wird es zu den Inhibitor der Apoptose Proteine (IAP) gezählt. Diese Gruppe an Proteinen interferiert negativ mit der Aktivierung der Caspasen und wirkt somit einer Induktion der Apoptose entgegen. Neben seiner anti-apoptotischen Funktion besitzt das Survivin zudem eine essentielle Rolle bei der Segregation der Chromosomen und während der Zytokinese. In der Mitose bildet Survivin mit Borealin, INCENP und der mitotische Aurora B Kinase den Chromosomalen Passenger Complex (CPC). Das Survivin besitzt zudem eine grosse medizinische Relevanz und gilt als Tumor-assoziertes Antigen, da es zu den Top vier Transkripten zählt, die in einer Vielzahl unterschiedlicher Tumorentitäten überexprimiert werden, aber nicht in Normalgewebe. Diese Überexpression geht einher mit einer erhöhten Resistenz der Tumore gegenüber Chemo- und Strahlentherapie und macht Survivin zu einem idealen molekularen Ziel einer Krebstherapie mittels RNA Interferenz oder spezifischer pharmakologischer Inhibitoren. In einer Vielzahl an Studien, in denen das Survivin-Protein mittels RNAi, dominant negativer Proteine oder „knock out“ des Survivin Genes (BIRC5) aus geschalten wurde, konnte eine Aktivierung des Tumorsuppressorproteins p53, einem wichtigen Mediator der Zellzyklusregulation, beobachtet werden. Bis heute ist es weitgehend unklar, wie eine Aktivierung von p53 nach einem Survivin Verlust erfolgen kann. Zudem stellte sich die Frage, ob eine therapeutische Intervention, welche die Ausschaltung des Survivin-Proteins zum Ziel hat, neben Tumorzellen auch normales Gewebe schädigen kann. Da Tumorzellen sich von normalen Zellen insbesondere dadurch unterscheiden, dass sie Defekte in p53-Signalwegen bzw. eine inaktivierende p53-Mutation oder Gendeletion besitzen, wurde die Auswirkung einer Survivin-Depletion auf p53-positive Tumorzellen und auf isogene Tumorzellen mit ausgeschalteten p53 untersucht. Zu diesem Zweck wurde p53 mittels RNAi in U87-MG und MCF-7 Zellen ausgeschalten und stabile p53-defiziente Zellen generiert. Insgesamt standen für die Untersuchungen mit HCT116, MCF-7 und U87-MG drei Zelllinien unterschiedlichen Ursprungs sowie ihre isogenetischen, aber p53-defizienten Derivate zur Verfügung. Survivin wurde in diesen Zellen durch einen retroviralen Vektor, der für eine shRNA (small hairpin RNA) gegen Survivin codiert, ausgeschalten. Der Verlust an Survivin führte dabei in Wildtyp- als auch in den p53-defizienten Zellen zu Polyploidie, einer gestörten Zytokinese und multipolaren Spindeln. Zusätzlich konnte eine Induktion an p53/p21waf/cip sowie eine erhöhte, p53- und Caspase 3-unabhängige Apoptose festgestelt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die Expression an p21waf/cip in Wildtyp-Zellen sowie seines potentiellen Targets Cyclin D1 mit der Zunahme an Polyploidie nach Survivin RNAi korreliert. Allerdings führt die Expression des Cdk Inhbibitors p21waf/cip nur zu einem transienten Arrest der Zellen, da polyploide, Survivin-depletierte Zellen BrdU inkorporierten und dadurch proliferierten. Zudem wird zum ersten Mal eine ATM/ATR abhängige „DNA Damage Response“ (DDR) in Survivin-depletierten p53-defzienten und Wildtyp Zellen beschrieben, die zu einer Phosphorylierung und Stabilisierung von p53 führt. Sky-Analysen bestätigten numerische als auch schwere chromosomale Aberrationen wie Translokationen und dizentrische Chromosomen in Survivin-depletierten polyploiden Zellen. Die Inhibierung der Aurora B Kinase, einem weiteren Bestandteil des CPC, mittels eines chemischen Inhibitors zeigt analog das Auftreten von DNA Schäden, eine p53/p21waf/cip Aktivierung sowie eine Zunahme an Polyploidie, wie sie für Survivin beschrieben wurde. Diese Erkenntnisse zeigen deutlich auf, dass die DNA Schäden und der p53/p21waf/cip-abhängige G1 Arrest nach dem „knock down“ von Survivin aufgrund einer gestörten Mitose hervorgerufen wurde, während eine IAP-Funktion des Survivins unter den gewählten experimentellen Bedingungen nicht festzustellen war.

No description available.

La sénescence réplicative est le phénomène associé à un arrêt de croissance permanent causé par le raccourcissement progressif des télomères à chaque division. Lorsqu’ils atteignent une longueur critique, les télomères perdent leur structure terminale protectrice en t-loop, ce qui révèle l’extrémité du chromosome et déclenche une Réponse aux dommages à l’ADN (RDA) p53-dépendante. Le nombre de télomères ouverts nécessaire à la mise en place de la sénescence n’est pas connu, mais plusieurs évidences suggèrent que la cellule pourrait en tolérer un certain nombre avant de s’arrêter définitivement. Dans ce projet, nous utilisons un dominant négatif de Tin2 (Tin2DN), un membre du complexe nucléo-protéique nommé le télosome qui stabilise la t-loop, pour démontrer que la dysfonction chromatinienne télomérique seule ne suffit pas à déclencher un arrêt de croissance permanent. Lorsqu’il est exprimé, Tin2DN induit la formation de foyers de dommages de 53BP1, la RDA ainsi qu’un arrêt de croissance transitoire. De façon surprenante, nous observons que les cellules qui ont subi ce premier arrêt de croissance ré-entrent dans le cycle cellulaire et se divisent, et ce malgré la présence de foci télomériques. Cette réentrée cause l’apparition de cassures secondaires ainsi qu’une accumulation d’instabilités génomiques, telles que des ponts chromosomiques ou des micro-noyaux. Cet échappement des points de blocages du cycle cellulaire pourrait être expliqué par notre observation que la dysfonction télomérique induite par Tin2DN n’active que très faiblement p53 et p21, et pratiquement pas la kinase chkChk2. Néanmoins, en inhibant directement l’activité de p53, nous n’observons plus aucun arrêt de croissance mais une accumulation de foci et d’instabilités génomiques, avec une forte occurrence de catastrophes mitotiques. L’ensemble de ces résultats propose un nouveau modèle d’entrée en sénescence réplicative : l’ouverture des télomères induits une faible RDA menant à un premier arrêt de prolifération transitoire p53-dépendant. Les cellules échappent à cet arrêt et se divisent, mais l’ouverture des télomères ayant causé des fusions chromosomiques, la division crée alors de nouvelles cassures doubles brins dans le génome qui déclencheront une forte RDA et un nouvel arrêt de croissance permanent, la sénescence réplicative. / Replicative senescence is the physiological permanent growth arrest caused by telomeres shortening, at each round of replication. Once they have reach a critical length, the telomeres lose their t-loop structure, revealing the chromosome extremity that triggers a p53-dependant DNA damage response (DDR) and leads to proliferation arrest. The number of shortened telomeres that are necessary to onset senescence is not known, but accumulating evidences suggest that the cell is able to tolerate a certain level of telomere uncapping before stopping its divisions. Here, we used an inducible dominant negative form of Tin2 (Tin2DN), a member of the shelterin complex that stabilizes the t-loop, to show that telomeres uncapping alone is not sufficient to induce a stable growth arrest. When expressed, Tin2DN leads to the openingverture of the t-loop, creating a DDR with the formation of 53BP1 DNA damage foci (DDF) and a transient growth arrest. Indeed, we observed that the cells were re-entering the cell cycle and dividing, despite their uncapped DDF harbouring telomeres. As telomere uncapping creates chromosome fusions, such division leads to the apparition of secondary DNA breaks, with an accumulation of genomic instabilities, such as chromosomes bridges or micronuclei. We observed that Tin2 DN-induced telomere uncapping leads to a very weak activation of p53 and p21, with almost no phosphorylation of chkChk2. Nevertheless, when we infected our cells with a shp53, the primary growth arrest did not occur, leading to an amplification of the damages, with strong signs of instability and mitotic catastrophe. Altogether, these results propose a new model for replicative senescence: telomere uncapping induces a weak DDR that leads to a transitory growth arrest. The cells divide with fused chromosomes, creating new randomly distributed double strand breaks that trigger a stronger DDR and a permanent growth arrest. In that model, replicative senescence is not directly induced by telomere uncapping, but by an amplification of DNA damages through mitotic catastrophe.

INTRODUÇÃO: o padrão-ouro para o diagnóstico histológico dos tumores corticais adrenais (TCAs) e sua diferenciação entre adenomas e carcinomas é o sistema de Weiss, cuja aplicação é limitada pela baixa reprodutibilidade de alguns dos critérios que o compõe. Recentemente foi proposto e validado um algoritmo diagnóstico para os TCAs baseado na integridade do arcabouço de reticulina e da membrana basal. Os carcinomas adrenais são tumores raros e apresentam prognóstico reservado, mesmo nos pacientes com doença aparentemente localizada. Além do estadiamento e da extensão da ressecção cirúrgica, outros dados foram reportados na literatura como tendo importância prognóstica, tais como idade ao diagnóstico, padrão funcional, tamanho tumoral, extensão local do tumor primário e alguns achados histológicos e imuno-histoquímicos, com destaque à taxa mitótica e ao índice de Ki-67. O sistema de Weiss, embora permita o diagnóstico diferencial entre adenomas e carcinomas, não foi testado completamente como uma ferramenta para distinguir os carcinomas com boa evolução clínica daqueles com desfecho desfavorável. OBJETIVOS: o presente estudo teve como objetivo primário construir um nomograma para estimar o risco de metástases e recorrência local em portadores de carcinoma adrenal, a partir de dados clínico-patológicos. O objetivo secundário foi avaliar o desempenho do algoritmo da reticulina no diagnóstico diferencial entre adenomas e carcinomas do córtex adrenal. MÉTODOS: para a construção do nomograma, foram analisados dados clínico-patológicos de 129 portadores de carcinomas adrenais atendidos no Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo entre 1976 e 2010. A avaliação do desempenho do algoritmo da reticulina para o diagnóstico histológico dos TCAs foi feita a partir do exame de 89 lâminas (45 adenomas e 44 carcinomas adrenais), que foram classificadas de acordo com o sistema de Weiss e pelo algoritmo da reticulina, pelo mesmo patologista e de forma cega. RESULTADOS: utilizando a análise de regressão logística binária, foi proposto um escore prognóstico com cinco covariáveis: padrão funcional outro que não o hiperandrogenismo isolado, tamanho tumoral > 7,5 cm, tumor primário classificado como T3 ou T4, presença de invasão venosa microscópica e índice mitótico > 5/50 campos de grande aumento. O escore prognóstico estava calibrado de acordo com o teste de aderência de Hosmer-Lemeshow (P =0,9329) e apresentou excelente desempenho global (escore de Brier =0,0738). Finalmente, a capacidade discriminatória do modelo, determinada pela área sob a curva ROC (AROC), foi considerada quase perfeita (AROC, 0,9611; IC95%, 0,92676-0,99552). O modelo preditivo foi validado internamente com 200 reamostragens por bootstrap. A partir destes resultados, desenvolvemos um aplicativo para iOS7 para estimar o risco de metástases e recorrência local em portadores de carcinomas adrenais (ACCPS - Adrenal Cortical Carcinoma Prognostic Score). O aplicativo está disponível para download gratuito na App Store. Em relação à avaliação do desempenho do algoritmo da reticulina, o mesmo apresentou sensibilidade =84,1% e especificidade =95,6% para o diagnóstico de carcinoma adrenal. Não se observou diferença estatisticamente significante entre os diagnósticos obtidos pelo escore de Weiss e pelo algoritmo da reticulina (P =0,1797; Teste exato de McNemar). A concordância dos dois sistemas, avaliada pelo coeficiente k, foi considerada substancial (k =0,7975; IC95%, 0,6728-0,9221). CONCLUSÕES: propusemos e validamos internamente um escore prognóstico baseado em informações clínicopatológicas que estão facilmente disponíveis ao clínico. O modelo proposto está disponível para uso como um aplicativo gratuito para iOS7 e é capaz de estimar o risco de desfechos desfavoráveis nos pacientes com carcinoma cortical adrenal. O escore pode ter grande utilidade na determinação do tipo e frequência do acompanhamento clínico-radiológico e na decisão de um tratamento profilático, após a retirada cirúrgica completa do carcinoma adrenal. O algoritmo da reticulina teve desempenho equivalente ao sistema de Weiss para o diagnóstico histológico dos tumores corticais adrenais, mas oferece a vantagem de ter aplicação mais fácil / INTRODUCTION: The gold standard for the histological diagnosis of adrenal cortical tumors (ACTs) and for the differentiation between adenomas and carcinomas is the Weiss system, whose application is limited by poor reproducibility of some of its criteria. Recently, a diagnostic algorithm for ACT diagnosis based on the integrity of the reticulin network and the basal membrane has been proposed and validated. Adrenal carcinomas are rare tumors and have a poor prognosis, even in patients with apparently localized disease. Besides tumor staging and extent of surgical resection, other data have been reported in the literature as having prognostic importance, such as age at diagnosis, the functional pattern, tumor size, local extension of the primary tumor and some histological and immunohistochemical findings, such as the mitotic rate and the Ki-67 index. The Weiss system, while allowing the differential diagnosis between adrenal cortical adenomas and carcinomas, has not been fully tested as a tool for distinguishing carcinomas with favorable clinical outcome from those with unfavorable outcome. OBJECTIVES: The primary objective of this study was to construct a nomogram for estimating the risk of metastasis and local recurrence in patients with adrenal cortical carcinoma, based on clinical and pathological data. The secondary objective was to evaluate the performance of the reticulina algorithm in the differential diagnosis between adenomas and carcinomas of the adrenal cortex. METHODS: For the construction of the nomogram, clinical and pathological data from 129 patients with adrenal cortical carcinomas treated at the Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo between 1976 and 2010 were analyzed. The evaluation of the performance of the reticulin algorithm for the histological diagnosis of ACTs was made from the examination of 89 slides (45 adenomas and 44 adrenal carcinomas), which were classified according to the Weiss system and the reticulin algorithm by the same pathologist in a blinded fashion. RESULTS: Using binary logistic regression analysis, we proposed a prognostic score with five covariates: a functional pattern other than isolated hyperandrogenism, a tumor size > 7.5 cm, a primary tumor classified as T3 or T4, the presence of microscopic venous invasion and a mitotic index > 5/50 high-power fields. The prognostic score was calibrated according to the Hosmer-Lemeshow goodness-of-fit test (P =0.9329) and showed excellent overall performance (Brier score =0.0738). Finally, the discriminatory ability of the model, as determined by the area under the ROC curve (AROC), was considered near-perfect (AROC, 0.9611; 95%CI, 0.92676 to 0.99552). The predictive model was internally validated with 200 bootstrap resamples. Based on these results, we develop an app for iOS7 for estimating the risk of metastasis and local recurrence in patients with adrenal carcinomas (ACCPS - Adrenal Cortical Carcinoma Prognostic Score). The app is available for free download on the App Store. Regarding the assessment of the performance of the reticulin algorithm, it had a sensitivity of 84.1% and specificity of 95.6% for the diagnosis of adrenal cortical carcinoma. No statistically significant difference between the diagnoses obtained by Weiss score and the reticulin algorithm was observed (P =0.1797, McNemar\'s exact test). The concordance between the two systems, assessed by the k coefficient, was considered substantial (k =0.7975; 95%CI, 0.6728 to 0.9221). CONCLUSIONS: we proposed and internally validated a prognostic score based on clinical and pathological information that are readily available to the attending physician. The proposed model is available as a free app for iOS7 and can estimate the risk of adverse outcomes in patients with adrenal cortical carcinoma. The score may be useful in determining the type and frequency of clinical and radiological evaluation and the decision of adjuvant treatment after complete surgical removal of the adrenal carcinoma. The reticulin algorithm was equivalent to the Weiss system for the histological diagnosis of adrenal cortical tumors, but offers the advantage of an easier application

During mitosis, adherent animal cells undergo a drastic shape change, from essentially flat to round, in a process known as mitotic cell rounding (MCR). The aim of this thesis was to critically examine the physical and biological basis of MCR. The experimental part of this thesis employed a combined optical microscope-atomic force microscope (AFM) setup in conjunction with flat tipless cantilevers to analyze cell mechanics, shape and volume. To this end, two AFM assays were developed: the constant force assay (CFA), which applies constant force to cells and measures the resultant height, and the constant height assay (CHA), which confines cell height and measures the resultant force. These assays were deployed to analyze the shape and mechanical properties of single cells trans-mitosis. The CFA results showed that cells progressing through mitosis could increase their height against forces as high as 50 nN, and that higher forces can delay mitosis in HeLa cells. The CHA results showed that mitotic cells confined to ~50% of their normal height can generate forces around 50-100 nN without disturbing mitotic progression. Such forces represent intracellular pressures of at least 200 Pascals and cell surface tensions of around 10 nN/µm. Using the CHA to compare mitotic cell rounding with induced cell rounding, it was observed that the intracellular pressure of mitotic cells is at least 3-fold higher than rounded interphase cells. To investigate the molecular basis of the mechanical changes inherent in mitotic cell rounding, inhibitors and toxins were used to pharmacologically dissect the role of candidate cellular processes. These results implicated the actomyosin cortex and osmolyte transporters, the most prominent of which is the Na+/H+ exchanger, in the maintenance of mechanical properties and intracellular hydrostatic pressure. Observations on blebbing cells under the cantilever supported the idea that the actomyosin cortex is required to sustain hydrostatic pressure and direct this pressure into cell shape changes. To gain further insight into the relationship between actomyosin activity and intracellular pressure, dynamic perturbation experiments were conducted. To this end, the CHA was used to evaluate the pressure and volume of mitotic cells before, during and after dynamic perturbations that included tonic shocks, influx of specific inhibitors, and exposure to pore-forming toxins. When osmotic pressure gradients were depleted, pressure and volume decreased. When the actomyosin cytoskeleton was abolished, cell volume increased while rounding pressure decreased. Conversely, stimulation of actomyosin cortex contraction triggered an increase in rounding pressure and a decrease in volume. Taken together, the dynamic perturbation results demonstrated that the actomyosin cortex contracts against an opposing intracellular pressure and that this relationship sets the surface tension, pressure and volume of the cell. The discussion section of this thesis provides a comprehensive overview of the physical basis of MCR by amalgamating the experimental results of this thesis with the literature. Additionally, the biochemal signaling pathways and proteins that drive MCR are collated and discussed. An exhaustive and unprecedented synthesis of the literature on cell rounding (approx. 750 papers as pubmed search hits on “cell rounding”, April 2012) reveals that the spread-to-round transition can be thought of in terms of a surface tension versus adhesion paradigm, and that cell rounding can be physically classified into four main modes, of which one is an MCR-like category characterized by increased actomyosin cortex tension and diminution of focal adhesions. The biochemical pathways and signaling patterns that correspond with these four rounding modes are catalogued and expounded upon in the context of the relevant physiology. This analysis reveals cell rounding as a pertinent topic that can be leveraged to yield insight into core principles of cell biophysics and tissue organization. It furthermore highlights MCR as a model problem to understand the adhesion versus cell surface tension paradigm in cells and its fundamentality to cell shape, mechanics and physiology.