Os microRNAs (miRs) desempenham um papel importante na biologia das células-tronco por meio da interação com seus mRNAs alvos, induzindo inibição da tradução e/ou degradação destes transcritos. Durante a diferenciação de células pluripotentes, os miRs podem ser induzidos ou reprimidos, no entanto, suas funções específicas são amplamente inexploradas. Nós investigamos os papéis funcionais de um conjunto selecionado de miRs na pluripotência e diferenciação celular, usando microscopia de fluorescência quantitativa (High Content Analysis). Para isso, foram empregadas a NTera-2 (células de carcinoma embrionário humano, CCE) e a H1 (células-tronco embrionárias humanas, CTEh) como modelos. Essas células foram transfectadas reversamente com trinta moléculas de miRs distintas (individualmente) ou moléculas controles. Após 3-4 dias de cultura, as células foram fixadas, permeabilizadas e coradas com Hoechst / CellMask Blue (núcleo/citoplasma), anti-OCT4, anti-Ciclina B1 e imageadas com um sistema ImageXpress Micro HCA. O CellProfiler foi utilizado para quantificar vários parâmetros morfométricos e medidas de intensidade de OCT4 e Ciclina B1 em compartimentos nucleares e citoplasmáticos. Esses dados foram usados para gerar perfis fenotípicos multiparamétricos específicos de cada miR (usando KNIME) e o agrupamento desses dados levou à identificação de vias e processos envolvidos na indução de características de pluripotência ou diferenciação celular causadas por miRs com efeitos fenotípicos similares. Como exemplo, as vias de PI3K-AKT, WNT, TGF? e DICER foram encontradas como moduladas por alguns clusters fenotípicos e os transcritos de alguns alvos foram avaliados por qPCR para validar os achados. Parte do trabalho foi focada na regulação da via Notch por miRNAs em células pluripotentes, o que levou à observação de que o miR- 363-3p inibe a sinalização de Notch e promove pluripotência nessas células. A transfecção de miR-363-3p não apenas elevou as características de pluripotência em NTera-2 e H1, mas também protegeu as CCE da diferenciação induzida por cocultivo com OP9 expressando DLL1 e causou a diminuição no nível de transcritos de PSEN1. Em conclusão, o ensaio desenvolvido aqui provou ser uma ferramenta robusta na detecção de mecanismos moleculares, baseando-se na combinação de análises fenotípicas funcionais e bioinformáticas. / microRNAs (miRs) play an important role in stem cell\'s biology by binding to target mRNAs transcripts, inducing translation blockage and/or transcripts degradation. Upon differentiation of pluripotent cells, miRNAs can be induced or repressed, however, their specific roles are largely unexplored. We investigated the functional roles of a selected set of miRs in pluripotency and differentiation, using quantitative automated fluorescence microscopy (High Content Analysis). For this, we used NTera-2 (human embryonal carcinoma cells, ECC) and H1 (embryonic stem cells; ESC) as models. These cells were reverse-transfected with thirty distinct miRs mimics (individually) or control molecules. Following 3-4 days of culture, cells were fixed, permeabilized and stained with Hoechst/CellMask Blue (nucleus/cytoplasm), antiOCT4, anti-Cyclin B1 and imaged using an ImageXpress Micro HCA System. CellProfiler was used to quantify several morphometric parameters and intensity measurements of OCT4 and CYCB1 in nuclear and cytoplasmic compartments. Quantified parameters were used to generate miR-specific multiparametric phenotypic profiles (using KNIME) and clustering these data led to identification of pathways and processes involved in the induction of pluripotency or cell diferention features caused by miRs with similar phenotypic effects. As an example, PI3K-AKT, WNT, TGF? and DICER pathways were found to be regulated by some phenotypic clusters and transcripts level of some of miR targets were evaluated by qPCR to validate de findings. Part of the work was focused in the regulation of Notch pathway by miRNAs in pluripotent cells, which led the observation that miR-363-3p inhibits Notch signaling and promotes pluripotency feature, as the transfection with miR-363-3p mimic not only enhanced pluripotent phenotype in NTera-2 and H1, but also protected de ECCs from differentiation induced by coculture with OP9 expressing DLL1 and decreased PSEN1 transcripts level.In conclusion, The assay developed here proved to be a robust tool in the detection of molecular mechanisms based on combined functional phenotypic and bioinformatic analyzes.

Células pluripotentes são aquelas que possuem a capacidade de dar origem às células dos três folhetos embrionários (ectoderma, mesoderma e endoderma), bem como também às células germinativas. As células-tronco embrionárias (CTE) são as células pluripotentes mais conhecidas, as quais apresentam uma elevada capacidade de diferenciação celular e autorenovação. Estas propriedades tornam as CTE potenciais ferramentas para a medicina regenerativa, porém seu uso na prática clínica enfrenta várias barreiras. Neste sentido, o acúmulo de conhecimento a respeito dos mecanismos envolvidos na manutenção da pluripotência, levou ao desenvolvimento de técnicas capazes de induzir a pluripotência em células somáticas adultas. Na maioria das abordagens, isto se dá pela expressão ectópica de fatores de transcrição envolvidos na pluripotência (como Oct4 e Nanog). Com isto em vista, torna-se evidente que estudos que levem a um melhor entendimento destas propriedades biológicas, podem levar ao desenvolvimento desta importante área. Apesar destas inovações, os mecanismos responsáveis pela manutenção ou indução da pluripotência e da autorenovação, continuam largamente inexplorados. Neste sentido, o conjunto de técnicas referidas como High Content Screening (HCS) apresenta características fundamentais que permitiriam a interrogação sistemática e em larga-escala de fatores que possam estar influenciando nestes processos. A técnica de HCS se baseia no uso de microscopia de fluorescência em placas de 96 ou mais poços, permitindo a aquisição e a análise automatizada das imagens, de forma a quantificar alterações fenotípicas nas células. O presente trabalho teve como objetivo estabelecer um modelo experimental para a avaliação funcional e em larga escala de fatores que possam influenciar a diferenciação celular. Tendo em vista a facilidade de cultivo e manuseio, a linhagem humana de células pluripotentes de carcinoma embrionário (CCE) NTera-2, foi utilizada. Para a padronização do modelo, o processo de diferenciação foi avaliado ao longo do tempo (em 2, 4 e 8 dias) na presença ou ausência de ácido transretinóico (atRA), utilizado como indutor de diferenciação celular. Para isso, os níveis transcricionais de Oct4, Nanog (marcadores da pluripotência) e de N-Caderina foram avaliados por PCR em tempo real. Finalmente, a expressão e a distribuição celular de Oct4, Nanog e da alfa-actina foi avaliada por meio de microscopia de fluorescência automatizada, com o uso de anticorpos ou faloidina marcada, utilizando um sistema de HCS (Operetta, Perkin Elmer) para a análise dos resultados. A proliferação celular das células submetidas à diferenciação foi avaliada pelo ensaio do XTT. O atRA inibiu a proliferação e induziu a diferenciação; como demonstrado, respectivamente, pelos resultados do ensaio do XTT, decaimento dos níveis de Oct4 e Nanog e, concomitante aumento de N-Caderina, ao longo do tempo. Também foi observada a diferenciação espontânea da linhagem, na ausência de atRA, porém, de forma reduzida. Finalmente, as avaliações de HCS evidenciaram que, durante o processo de diferenciação, a perda da expressão nuclear de Oct4 e Nanog está associada à alteração do fenótipo celular, com a redistribuição da actina cortical e a formação das stress fibers, caracterizando o processo de transição epitélio-mesenquima (EMT), um importante mecanismo envolvido na diferenciação celular. Os resultados obtidos neste trabalho demonstram a viabilidade do uso da linhagem NTera-2 como modelo para estudos futuros de HCS visando a identificação de moléculas que atuem na modulação de propriedades fundamentais das células tronco pluripotentes. / Pluripotent stem cells are those that possess the ability to generate cells from the three germ layers (ectoderm, mesoderm and endoderm), as well as the germ cells. The embryonic stem cells (ESC) are the best known pluripotent cells that present a high capacity of cell differentiation and self renewal. These properties of the ESC make them potential tools for the regenerative medicine, but their use in clinical practice faces several barriers. In this sense, the accumulation of knowledge about the mechanisms involved in the maintenance of pluripotency led to the development of techniques capable of inducing pluripotency in adult somatic cells. In most approaches, this is achieved by the ectopic expression of transcription factors involved in pluripotency (such as Oct4 and Nanog). With this in mind, it becomes clear that studies that provide a better understanding of these biological properties can lead to the development of this important area. Despite these innovations, the mechanisms responsible for the maintenance or induction of pluripotency and self-renewal remain largely unexplored. In this sense, the set of techniques such as High Content Screening (HCS) has fundamental characteristics that allow systematic and large-scale interrogation of factors that may be influencing these processes. The HCS technique is based on the use of fluorescence microscopy in 96-well or larger plates, allowing the automated acquisition and analysis of images, so as to measure phenotypic changes in the cells. This study aimed to establish an experimental model for functional and large-scale assessment of factors that may influence cellular differentiation. Due its simple cultivation and handling characteristics, a human lineage of pluripotent embryonal carcinoma cell (ECC) NTERA-2 was used. To standardize the model, the process of differentiation was evaluated over time (at 2, 4 and 8 days) in the presence or absence of all-trans retinoic acid (atRA), used as an inducer of cellular differentiation. The transcriptional levels of Oct4, Nanog (pluripotency markers) and Ncadherin were assessed by real time PCR. Finally, the expression and cellular distribution of Oct4, Nanog and alpha-actin was assessed by fluorescence microscopy, using antibodies or labelled phalloidin, using a HCS platform (Operetta, Perkin Elmer) for the analysis of the results. The proliferation of cells undergoing differentiation was assessed by XTT assay. atRA inhibited proliferation and induced differentiation, as shown by the XTT assay results, and the decay of Oct4 and Nanog, and concomitant increase of N-cadherin levels over time, respectively. It was also observed spontaneous differentiation in the absence of atRA although in less extent. Finally, the HCS results showed that during the differentiation process, the loss of nuclear expression of Oct4 and Nanog is associated with alteration of cell phenotype, with redistribution of cortical actin and formation of stress fibers, characterizing the epithelialmesenchymal transition (EMT), an important mechanism involved in cell differentiation. The results of this study therefore demonstrate the feasibility of using the NTERA-2 cell line as a model for future HCS studies aiming identification of molecules that act in the modulation of fundamental properties of pluripotent stem cells.