Le glioblastome, tumeur maligne des tissus astrocytaires, est de mauvais pronostic. Malgré un traitement standard invasif (chirurgie, radiochimiothérapie), la médiane de survie des patients n’excède pas 14 mois, essentiellement due à la récidive tumorale (radiorésistance des cellules résiduelles). L’hadronthérapie par ion carbone offre des atouts radiobiologiques importants : i) Balistique très précise (épargne les tissus sains), ii) Efficacité Biologique Relative (EBR) supérieure à la radiothérapie conventionnelle (augmentation de la dose possible), iii) Réponse indépendante de l’effet oxygène (tumeurs hypoxiques). L’hadronthérapie a montré des résultats prometteurs en traitement du glioblastome. Cependant, la rareté des centres offrant cette thérapeutique oblige les cliniciens à utiliser des marqueurs prédictifs de réponse à la radiothérapie conventionnelle afin de mieux orienter les patients diagnostiqués mauvais répondeur. L’homéostasie télomérique est connue pour moduler la radiosensibilité de différents types de cancer. Aussi, ce travail présente deux axes. D’une part, nous avons déterminé que la taille des télomères et l’expression de POT-1 (Protection Of Telomere1) peuvent être utilisées par les cliniciens pour diagnostiquer les patients mauvais répondeurs au traitement standard et ainsi les orienter vers l’hadronthérapie où leurs pronostics seraient meilleurs. D’autre part, nous avons montré qu’un traitement pharmacologique dirigé contre la télomérase (GRN163L, Geron Corp) pouvait améliorer les résultats de la radiothérapie conventionnelle sur un modèle in vivo de glioblastome humain chez la souris / Glioblastoma, high grade tumor of neuroepithelial tissue, is poor prognosis cancer. Despite an invasive standard treatment (surgery, radiochemotherapy), the overall survival of patients does not exceed 15 months, largely due to aggressive recurrence (radioresistance of residual cells). Hadrontherapy with Carbon ion beam have strong radiobiological arguments: i) high ballistic precision (save healthy tissues), ii) Relative Biological Efficiency (RBE) above conventional radiotherapy (dose escalation), iii) independent response of oxygen enhancement ratio (hypoxic tumors). Hadrontherapy have shown promising preliminary results in treatment of brain tumors. However, the rareness of health centers which purposed Handrontheray necessitates the use of predictive markers of resistance to conventional radiotherapy to address bad responder patient. Telomere homeostasis is also known to modulate radiosensitivity of different types of cancer. Thus, this work has two arms. On the one hand, we have shown that telomere length and POT1 (Protection Of Telomere1) level (RNA and protein) can be used by clinicians to diagnose bad responder of standard treatment and towards the hadrontherapy. On the other hand, we have shown that pharmacological treatment inhibitory of telomerase (GRN163L, Geron Corp) can improve the radiationinduced responses to conventional radiotherapy on human glioblastoma mice model

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Nos indivíduos com obesidade, o excesso de tecido adiposo, exerce um papel fundamental induzindo um estado inflamatório crônico e sistêmico. A obesidade mimetiza processos celulares semelhantes aos do envelhecimento tais como a deterioração de tecidos e órgãos e diminuição na capacidade de reparo dos danos induzidos ao DNA. Nesse contexto, as citocinas pró-inflamatórias induzem atritos ao DNA que impactam, principalmente nas regiões mais susceptíveis dos cromossomos, os telômeros. Os telômeros, presentes nas extremidades dos cromossomos, estão associados a um complexo proteico denominado complexo shelterin. O complexo shelterin é formado por 6 proteínas (TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 e RAP1), que junto com proteínas acessórias como a disquerina (DKC1), participam da regulação do comprimento dos telômeros e protegem os cromossomos dede atividades indesejadas de erosão enzimática, recombinação não-homóloga e fusão das terminações cromossômicas. Nos últimos anos, foram estabelecidas relações positivas entre condições patológicas clinicamente diferentes, como as moduladas por inflamação, e o comprimento dos telômeros. Recentemente, nosso grupo demonstrou telômeros encurtados em indivíduos portadores de obesidade mórbida. Assim o objetivo do presente trabalho foi explorar fatores adicionais associados ao metabolismo telomérico, como a expressão gênica das proteínas do complexo shelterin e citocinas pró-inflamatórias, as quais podem contribuir para o encurtamento acelerado de telômeros. Utilizamos amostras de células mononucleares de sangue periférico (PBMC) de indivíduos adultos saudáveis (n = 27) e indivíduos adultos portadores de obesidade (n = 39). Quantificamos a expressão gênica por transcrição reversa e PCR quantitativa (RT-qPCR) de todos os genes do complexo shelterin, DKC1, IL-1β e TNF-α. Nossos resultados demonstram um perfil de expressão gênica alterado quando comparada a expressão gênica das proteínas analisadas nos dois grupos estudados, controles e portadores de obesidade. Os indivíduos portadores de obesidade mostraram um perfil significativamente elevado dos genes TRF1, POT1, RAP1 e DKC1 (P < 0,05). Não observamos correlação de expressão gênica entre os diferentes genes e o comprimento dos telômeros nos grupos estudados, mas sim com a DKC1 na obesidade. Entretanto, quando analisamos as associações entre os genes de complexo shelterin observamos mudanças significativas nas associações intra-grupo dependentes da condição de obesidade. Nossos resultados salientam a complexa e intrincada rede de fatores associados e desregulados durante o processo fisiopatológico da obesidade. Estudos adicionais serão necessários acrescentando novos fatores para tentar dissecar a regulação coordenada do comprimento dos telômeros na homeostase e no processo patológico da obesidade. / In individuals with obesity, the excess of adipose tissue plays a key role in inducing a chronic and systemic inflammatory state. Like aging, obesity mimics cellular processes such as deterioration of tissues and organs and decreased ability to repair age-dependent DNA damages. In this context, the proinflammatory cytokines induce DNA damage that impact, especially in the most susceptible regions of the chromosomes, the telomeres. The telomeres, present at the ends of the chromosomes, are associated with a protein complex called the shelterin complex. The shelterin complex consists of 6 proteins (TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 and RAP1), which together with accessory proteins such as dyskerin (DKC1), participate in telomere’s length regulation and protect chromosomes from undesired erosion, enzymatic activities, non-homologous recombination and fusion of chromosomal terminations. In recent years, positive relationships have been established between clinically different pathological conditions, such as those modulated by inflammation, and telomeres’ length. Recently, our group demonstrated shortened telomeres in individuals with morbid obesity. Thus, the aim of the present study was to explore additional factors associated with telomeres’ metabolism, such as gene expression of the shelterin complex components and proinflammatory cytokines, which may contribute to the accelerated shortening of the telomeres. We used peripheral blood mononuclear cells (PBMC) samples from healthy adults (n = 27) and adults with obesity (n = 39). We quantified gene expression by reverse transcription and quantitative PCR (RT-qPCR) of all shelterin complex genes, DKC1, IL-1β and TNF-α. Our results demonstrate an altered gene expression profile when compared to the gene expression of the proteins analyzed in the two studied groups, controls and individuals with obesity. Individuals with obesity showed a significantly elevated profile of TRF1, POT1, RAP1 and DKC1 (P < 0.05) genes. We did not observe correlation of gene expression between the different shelterin genes and the length of telomeres in the studied groups, but with DKC1 in obesity. However, when we analyzed the associations between the shelterin complex genes we observed significant changes in the intra-group associations dependent on the obesity condition. Our results highlight the complex and intricate network of associated and deregulated factors during the pathophysiological process of obesity. Further studies are needed together with the inclusion of additional factors to try to dissect the coordinated regulation of telomeres’ length in homeostasis and in the pathological process of obesity.

Nos indivíduos com obesidade, o excesso de tecido adiposo, exerce um papel fundamental induzindo um estado inflamatório crônico e sistêmico. A obesidade mimetiza processos celulares semelhantes aos do envelhecimento tais como a deterioração de tecidos e órgãos e diminuição na capacidade de reparo dos danos induzidos ao DNA. Nesse contexto, as citocinas pró-inflamatórias induzem atritos ao DNA que impactam, principalmente nas regiões mais susceptíveis dos cromossomos, os telômeros. Os telômeros, presentes nas extremidades dos cromossomos, estão associados a um complexo proteico denominado complexo shelterin. O complexo shelterin é formado por 6 proteínas (TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 e RAP1), que junto com proteínas acessórias como a disquerina (DKC1), participam da regulação do comprimento dos telômeros e protegem os cromossomos dede atividades indesejadas de erosão enzimática, recombinação não-homóloga e fusão das terminações cromossômicas. Nos últimos anos, foram estabelecidas relações positivas entre condições patológicas clinicamente diferentes, como as moduladas por inflamação, e o comprimento dos telômeros. Recentemente, nosso grupo demonstrou telômeros encurtados em indivíduos portadores de obesidade mórbida. Assim o objetivo do presente trabalho foi explorar fatores adicionais associados ao metabolismo telomérico, como a expressão gênica das proteínas do complexo shelterin e citocinas pró-inflamatórias, as quais podem contribuir para o encurtamento acelerado de telômeros. Utilizamos amostras de células mononucleares de sangue periférico (PBMC) de indivíduos adultos saudáveis (n = 27) e indivíduos adultos portadores de obesidade (n = 39). Quantificamos a expressão gênica por transcrição reversa e PCR quantitativa (RT-qPCR) de todos os genes do complexo shelterin, DKC1, IL-1β e TNF-α. Nossos resultados demonstram um perfil de expressão gênica alterado quando comparada a expressão gênica das proteínas analisadas nos dois grupos estudados, controles e portadores de obesidade. Os indivíduos portadores de obesidade mostraram um perfil significativamente elevado dos genes TRF1, POT1, RAP1 e DKC1 (P < 0,05). Não observamos correlação de expressão gênica entre os diferentes genes e o comprimento dos telômeros nos grupos estudados, mas sim com a DKC1 na obesidade. Entretanto, quando analisamos as associações entre os genes de complexo shelterin observamos mudanças significativas nas associações intra-grupo dependentes da condição de obesidade. Nossos resultados salientam a complexa e intrincada rede de fatores associados e desregulados durante o processo fisiopatológico da obesidade. Estudos adicionais serão necessários acrescentando novos fatores para tentar dissecar a regulação coordenada do comprimento dos telômeros na homeostase e no processo patológico da obesidade. / In individuals with obesity, the excess of adipose tissue plays a key role in inducing a chronic and systemic inflammatory state. Like aging, obesity mimics cellular processes such as deterioration of tissues and organs and decreased ability to repair age-dependent DNA damages. In this context, the proinflammatory cytokines induce DNA damage that impact, especially in the most susceptible regions of the chromosomes, the telomeres. The telomeres, present at the ends of the chromosomes, are associated with a protein complex called the shelterin complex. The shelterin complex consists of 6 proteins (TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 and RAP1), which together with accessory proteins such as dyskerin (DKC1), participate in telomere’s length regulation and protect chromosomes from undesired erosion, enzymatic activities, non-homologous recombination and fusion of chromosomal terminations. In recent years, positive relationships have been established between clinically different pathological conditions, such as those modulated by inflammation, and telomeres’ length. Recently, our group demonstrated shortened telomeres in individuals with morbid obesity. Thus, the aim of the present study was to explore additional factors associated with telomeres’ metabolism, such as gene expression of the shelterin complex components and proinflammatory cytokines, which may contribute to the accelerated shortening of the telomeres. We used peripheral blood mononuclear cells (PBMC) samples from healthy adults (n = 27) and adults with obesity (n = 39). We quantified gene expression by reverse transcription and quantitative PCR (RT-qPCR) of all shelterin complex genes, DKC1, IL-1β and TNF-α. Our results demonstrate an altered gene expression profile when compared to the gene expression of the proteins analyzed in the two studied groups, controls and individuals with obesity. Individuals with obesity showed a significantly elevated profile of TRF1, POT1, RAP1 and DKC1 (P < 0.05) genes. We did not observe correlation of gene expression between the different shelterin genes and the length of telomeres in the studied groups, but with DKC1 in obesity. However, when we analyzed the associations between the shelterin complex genes we observed significant changes in the intra-group associations dependent on the obesity condition. Our results highlight the complex and intricate network of associated and deregulated factors during the pathophysiological process of obesity. Further studies are needed together with the inclusion of additional factors to try to dissect the coordinated regulation of telomeres’ length in homeostasis and in the pathological process of obesity.

Nos indivíduos com obesidade, o excesso de tecido adiposo, exerce um papel fundamental induzindo um estado inflamatório crônico e sistêmico. A obesidade mimetiza processos celulares semelhantes aos do envelhecimento tais como a deterioração de tecidos e órgãos e diminuição na capacidade de reparo dos danos induzidos ao DNA. Nesse contexto, as citocinas pró-inflamatórias induzem atritos ao DNA que impactam, principalmente nas regiões mais susceptíveis dos cromossomos, os telômeros. Os telômeros, presentes nas extremidades dos cromossomos, estão associados a um complexo proteico denominado complexo shelterin. O complexo shelterin é formado por 6 proteínas (TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 e RAP1), que junto com proteínas acessórias como a disquerina (DKC1), participam da regulação do comprimento dos telômeros e protegem os cromossomos dede atividades indesejadas de erosão enzimática, recombinação não-homóloga e fusão das terminações cromossômicas. Nos últimos anos, foram estabelecidas relações positivas entre condições patológicas clinicamente diferentes, como as moduladas por inflamação, e o comprimento dos telômeros. Recentemente, nosso grupo demonstrou telômeros encurtados em indivíduos portadores de obesidade mórbida. Assim o objetivo do presente trabalho foi explorar fatores adicionais associados ao metabolismo telomérico, como a expressão gênica das proteínas do complexo shelterin e citocinas pró-inflamatórias, as quais podem contribuir para o encurtamento acelerado de telômeros. Utilizamos amostras de células mononucleares de sangue periférico (PBMC) de indivíduos adultos saudáveis (n = 27) e indivíduos adultos portadores de obesidade (n = 39). Quantificamos a expressão gênica por transcrição reversa e PCR quantitativa (RT-qPCR) de todos os genes do complexo shelterin, DKC1, IL-1β e TNF-α. Nossos resultados demonstram um perfil de expressão gênica alterado quando comparada a expressão gênica das proteínas analisadas nos dois grupos estudados, controles e portadores de obesidade. Os indivíduos portadores de obesidade mostraram um perfil significativamente elevado dos genes TRF1, POT1, RAP1 e DKC1 (P < 0,05). Não observamos correlação de expressão gênica entre os diferentes genes e o comprimento dos telômeros nos grupos estudados, mas sim com a DKC1 na obesidade. Entretanto, quando analisamos as associações entre os genes de complexo shelterin observamos mudanças significativas nas associações intra-grupo dependentes da condição de obesidade. Nossos resultados salientam a complexa e intrincada rede de fatores associados e desregulados durante o processo fisiopatológico da obesidade. Estudos adicionais serão necessários acrescentando novos fatores para tentar dissecar a regulação coordenada do comprimento dos telômeros na homeostase e no processo patológico da obesidade. / In individuals with obesity, the excess of adipose tissue plays a key role in inducing a chronic and systemic inflammatory state. Like aging, obesity mimics cellular processes such as deterioration of tissues and organs and decreased ability to repair age-dependent DNA damages. In this context, the proinflammatory cytokines induce DNA damage that impact, especially in the most susceptible regions of the chromosomes, the telomeres. The telomeres, present at the ends of the chromosomes, are associated with a protein complex called the shelterin complex. The shelterin complex consists of 6 proteins (TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 and RAP1), which together with accessory proteins such as dyskerin (DKC1), participate in telomere’s length regulation and protect chromosomes from undesired erosion, enzymatic activities, non-homologous recombination and fusion of chromosomal terminations. In recent years, positive relationships have been established between clinically different pathological conditions, such as those modulated by inflammation, and telomeres’ length. Recently, our group demonstrated shortened telomeres in individuals with morbid obesity. Thus, the aim of the present study was to explore additional factors associated with telomeres’ metabolism, such as gene expression of the shelterin complex components and proinflammatory cytokines, which may contribute to the accelerated shortening of the telomeres. We used peripheral blood mononuclear cells (PBMC) samples from healthy adults (n = 27) and adults with obesity (n = 39). We quantified gene expression by reverse transcription and quantitative PCR (RT-qPCR) of all shelterin complex genes, DKC1, IL-1β and TNF-α. Our results demonstrate an altered gene expression profile when compared to the gene expression of the proteins analyzed in the two studied groups, controls and individuals with obesity. Individuals with obesity showed a significantly elevated profile of TRF1, POT1, RAP1 and DKC1 (P < 0.05) genes. We did not observe correlation of gene expression between the different shelterin genes and the length of telomeres in the studied groups, but with DKC1 in obesity. However, when we analyzed the associations between the shelterin complex genes we observed significant changes in the intra-group associations dependent on the obesity condition. Our results highlight the complex and intricate network of associated and deregulated factors during the pathophysiological process of obesity. Further studies are needed together with the inclusion of additional factors to try to dissect the coordinated regulation of telomeres’ length in homeostasis and in the pathological process of obesity.

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This dissertation details the use of computational methods to understand the effect that cancer-related mutations have on proteins that complex with nucleic acids. Firstly, we perform molecular dynamics (MD) simulations of various mutations in DNA polymerase κ (pol κ). Through an experimental collaboration, we classify the mutations as more or less active than the wild type complex, depending upon the incoming nucleotide triphosphate. From these classifications we use quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) to explore the reaction mechanism. Preliminary analysis points to a novel method for nucleotide addition in pol κ. Secondly, we study the ten-eleven translocation 2 (TET2) enzyme in various contexts. We find that the identities of both the substrate and complementary strands (or lack thereof) are crucial for maintaining the complex structure. Separately, we find that point mutations within the protein can affect structural features throughout the complex, only at distal sites, or only within the active site. The mutation's position within the complex alone is not indicative of its impact. Thirdly, we share a new method that combines direct coupling analysis and MD to predict potential rescue mutations using poly(ADP-ribose) polymerase 1 as a model enzyme. Fourthly, we perform MD simulations of mutations in the protection of telomeres 1 (POT1) enzyme. The investigated variants modify the POT1-ssDNA complex dynamics and protein—DNA interactions. Fifthly, we investigate the incorporation of remdesivir and other nucleotide analogue prodrugs into the protein-RNA complex of severe acute respiratory syndrome-coronavirus 2 RNA-dependent RNA polymerase. We find evidence for destabilization throughout the complex and differences in inter-subunit communication for most of the incorporation patterns studied. Finally, we share a method for determining a minimum active region for QM/MM simulations. The method is validated using 4-oxalocrotonate, TET2, and DNA polymerase λ as test cases.