Orientador: Maricilda Palandi de Mello / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T10:04:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Calais_FlaviaLeme_M.pdf: 2545885 bytes, checksum: 01651078ede5d0d74599fe9cf524b8bd (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Para um correto desenvolvimento sexual masculino em humanos, é necessária a presença, entre outros, de dois hormônios esteróides: a testosterona (T) e a diidrotestosterona (DHT). A T é o hormônio responsável pelo desenvolvimento da genitália interna masculina, já a DHT é o hormônio chave da virilização da genitália externa masculina e responsável pelo estabelecimento dos caracteres sexuais secundários durante a puberdade. Duas enzimas são responsáveis pela produção destes hormônios: a enzima 17?-hidroxiesteróide desidrogenase tipo 3 (gene HSD17B3), a qual é responsável pela conversão do hormônio androstenediona em T, reação realizada na última etapa da biossíntese da T e a enzima 5?-redutase tipo 2 (gene SRD5A2), que é responsável por catalisar a conversão da T em DHT. Mutações nos genes HSD17B3 ou SRD5A2 causam alterações que levam à não produção ou à síntese defeituosa das enzimas 17?-hidroxiesteróide desidrogenase tipo 3 e 5?-redutase tipo 2, promovendo deficiência na virilização de indivíduos 46,XY. Indivíduos estes cujas gônadas são representadas por testículos, apresentam pseudo-hermafroditismo masculino (PHM), agora denominado distúrbio da diferenciação do sexo em indivíduos 46,XY (DDS-XY). Estes podem apresentar genitália ambígua, sendo o sexo de criação predominantemente feminino, com virilização na puberdade. O diagnóstico pode ser confirmado com a identificação de mutações nos genes específicos HSD17B3 e SRD5A2. Assim, o objetivo desse estudo foi investigar alterações moleculares nos genes HSD17B3 e SRD5A2, em pacientes com ambiguidade genital com cariótipo 46,XY, e contribuir para a confirmação do diagnóstico clínico e laboratorial de DDS em indivíduos 46,XY por deficiências nas enzimas 17?-hidroxiesteróide desidrogenase tipo 3 e 5?-redutase tipo 2. A metodologia empregada neste estudo teve por base a amplificação dos 11 exons do gene HSD17B3 e dos 5 exons do gene SRD5A2 pela reação em cadeia da polimerase (PCR), seguida por rastreamento das mutações através do sequenciamento direto dos produtos de amplificação. Das 2 famílias estudadas para diagnóstico de alterações no gene HSD17B, foi encontrada uma alteração, p.R80Q, em homozigose em um paciente. E para o para o gene SRD5A2, foram estudadas 45 famílias, e foi verificada a presença de três mutações: a c.418delT em homozigose em um paciente, a c.278delG em heterozigose em um paciente e a p.Q126R em homozigose em duas irmãs. Vários polimorfismos freqüentes foram observados e, também, algumas riações nucleotídicas novas ou raras foram identificadas. Fez parte do estudo a avaliação in vitro da mutação g.49529G>A, já descrita previamente como uma mutação missense (p.G183S), quanto ao efeito deletério no processo de splicing, uma vez que esta alteração encontra-se no último nucleotídeo do exon 3 do gene SRD5A2. Foi verificado que esta alteração promove a excisão do exon 3, mostrando que o efeito primário desta mutação não é a troca de aminoácidos e sim uma alteração no processo de splicing deste gene. / Abstract: The male sexual development requires the production of normal amounts of two steroid hormones: testosterone (T) and dihydrotestosterone (DHT). The T is responsible for development of male internal genitalia, whereas DHT is the key for the virilization of the male external genitalia and responsible for the establishment of secondary sexual characteristics during puberty. Two enzymes are responsible for the production of these hormones: 17?-hydroxysteroid dehydrogenase type 3 enzyme (HSD17B3 gene), which is responsible for converting androstenedione to T, the last step of the biosynthesis of T; and 5?-reductase type 2 enzyme (SRD5A2 gene), which is responsible for catalyzing the conversion of T into DHT. Individuals with 46,XY karyotype and mutations in either HSD17B3 gene or SRD5A2 gene, present a deficiency of enzyme activity that leads to phenotypes ranging from male with ambiguous genitalia to normal female. Such individuals may be assigned at birth and raised as females. The gonads of those individuals are represented by testes. This condition defines the male-pseudohermaphroditism (MPH), recently renamed as disorder of sexual development in 46,XY karyotype (DSD-XY). The diagnosis of these deficiencies can be confirmed with the identification of mutations in either HSD17B3 or SRD5A2 genes. The aim of this investigation was to identify nucleotide alterations in the HSD17B3 gene or in the SRD5A2 gene in patients with clinical and hormonal characteristics suggestive of 17?-hydroxysteroid dehydrogenase type 3 deficiency, or 5?-redutase type 2 deficiency. Molecular analysis was performed by amplification of the eleven exons of HSD17B3 gene, and the five exons of SRD5A2 gene followed by sequencing. In two families studied for the HSD17B3 gene, one alteration was detect, p.R80Q, in a homozygous patient. Forty-five families were studied for SRD5A2 gene and the presence of three mutations was verified: the c.418delT in one homozygous patient, the heterozygosis for c.278delG in one patient and the homozygosis for p.Q126R in two sisters. Several frequent polymorphisms in the SRD5A2 gene were observed and some novel or rare variations were identified as well. The study in vitro with the g.49529G>A mutation was also performed due to the possibility of deleterious effect on the splicing process, although his mutation had been previously described as a missense mutation (p.G183S). It was verified exon 3 skipping in the mRNA as a result of the mutation, showing that the primary effect is not the change of amino acids but the anomalous splicing process of the SRD5A2 gene. / Mestrado / Genetica Animal e Evolução / Mestre em Genética e Biologia Molecular

Prostate cancer constitutes the most common malignancy and the most common cause of cancer‐related death in Swedish men. A large body of evidence suggests that inherited genetic variants contribute to both development and progression of prostate cancer. The aim of this thesis is to identify genetic variants that alter prostate cancer risk and progression. All papers included in this thesis are based on a Swedish population‐based case‐control study (CAPS) comprising 2,965 incident prostate cancer cases and 1,823 controls. In paper I, we investigated if genetic variants in the E‐cadherin gene altered prostate cancer risk. Seven haplotype tagging SNPs(tagSNPs) were selected and genotyped in CAPS and families with hereditary prostate cancer. We confirmed association of a promoter SNP rs16260 previously reported to increase risk of hereditary prostate cancer (OR: 2.6; 95% CI: 1.6‐4.3) for homozygous ‘A’ carriers. In paper II, we assessed 46 polymorphisms earlier reported to be associated with prostate cancer risk. Six polymorphisms in five different genes were replicated. Interestingly, three of these genes were involved in the androgen biosynthesis. In paper III, we followed up on the results from paper II by genotyping 23 tagSNPs located in the hormone regulating genes AR, CYP17 and SRD5A2. Multiple SNPs and haplotypes were associated with prostate cancer risk, especially in the AR gene. Combining risk alleles from all genes revealed a substantial risk increase for each additional allele carried (OR: 1.12; 95% CI: 1.1‐1.2, P=0.00009). In paper IV, we collected information about cause of death for all case patients in CAPS. At time of follow‐up 300 study subjects were deceased from prostate cancer. We assessed AR, CYP17 and SRD5A2 variants for association with lethal prostate cancer and found overall no association. However, one AR promoter SNP was associated with an increased risk of dying from prostate cancer amongst men who received palliative hormonal therapy as primary treatment. In paper V, we assessed common genetic variation at the ERG locus for association between prostate cancer risk and survival. ERG is recognized as a protooncogene frequently overexpressed in prostate cancer. A total of 21 tagSNPs in the 5’ region of ERG were genotyped. There was no correlation between ERG SNPs and prostate cancer risk but common genetic variation located approximately 100,000 basepairs upstream of ERG was significantly associated with prostate cancer specific survival. In summary, our results suggest that common genetic variation in Ecadherin alters prostate cancer risk in Swedish men with a positive family history of prostate cancer. Moreover, common genetic variation in the androgen‐related genes AR, CYP17 and SRD5A2 affects the risk of developing prostate cancer but is unlikely to alter prostate cancer progression. However, genetic variants in AR may affect hormonal therapy response. Finally, ERG polymorphisms are associated with prostate cancer‐specific death but are not likely to play a role in prostate cancer development.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / CHAPTER I - Prostate cancer is a common disease in the world and in some countries it is one of the main causes of male population mortality. Some molecular markers have been associated with prostate carcinogenesis. To observe changes in transcript levels of the AR, SRD5A2, KLK2, PSMA and PCA3 genes, the mRNA was analyzed in tissues with prostatic adenocarcinoma (PCa, N= 48) and benign prostatic hyperplasia (BPH, N= 25), performed through a differential multiplex RT-PCR assay. Significant differences were observed in the relative expression of these genes between cancerous and non-cancerous tissues. The optical density ratio of the cDNA amplicons between PCa and BPH for the AR gene was 1.6-fold higher for the prostatic adenocarcinoma. On the other hand, the SRD5A2 mRNA levels were associated with BPH and were 1.4-fold higher than that of PCa. For KLK2, PSMA and PCA3, the transcriptional levels were respectively, 1.9-, 1.9- and 5-fold higher in PCa than those in BPH tissues. Of the diagnostics tests carried through individually, the PCA3 gene was that presented higher sensitivity and accuracy, and the inclusion of the serum PSA improved the sensitivity (of 76 to 92%), positive preditive value (of 85 to 94%), negative preditive value (of 60 to 62%) and accuracy (of 74 to 78%). The results suggest that the higher AR, KLK2, PSMA, and PCA3 and/or reduced SRD5A2 genes expression in prostatic tissues may indicate the occurrence of prostate adenocarcinoma; however the PCA3 and serum PSA analysis together are highly promising as auxiliary method in the diagnosis of this cancer. CHAPTER II - Purpose: Prostate cancer (PCa) is the most commonly diagnosed malignancy in men, and it consists of multifactorial and multifocal events. Due to the complexity of the disease process, which includes genome alterations, local invasion, micrometastatic cell extravasations to circulation, invasion of secondary organ tissues, and resistance to hormonal blockage, many markers must be used to represent the multiple and variable events that lead to cancer development. The low specificity of the unique serum marker for prostate cancer diagnostics, PSA, has leaded us to investigate four potential markers in the peripheral blood of patients by detecting their mRNA levels and associating them to clinical parameters. Methods: The expression levels of the KLK2, KLK3, PCA3 and PSMA transcripts were determined by Nested RT-PCR. Patients with PCa (99) and with benign prostatic hyperplasia (BPH, 36), and healthy volunteers (104) were investigated. Results: Significant differences for the RNA relative levels have been found for the KLK2, PCA3 and PSMA transcripts between PCa and BPH patients or healthy volunteers. The KLK2 and PSMA levels also presented a positive association (P<0.05) with extra-prostatic disease (pT3). The combined positive RT-PCR Nested for the KLK2, PCA3, PSMA genes with serum PSA higher than 4ng/mL presented a 10-fold higher chance of cancer occurrence than healthy controls, with sensitivity, specificity and positive predictive value of 57%, 89% and 93%, respectively. Conclusions: The combined analysis of KLK2, PCA3 and PSMA transcripts may become a useful tool for the discrimination of PCa patients from those with benign disease or healthy individuals. Additionally, the KLK2 and PSMA transcripts may also be used as prognostic markers for the presence of extra-capsular disease and assisting in the prediction of the post-operative outcome. CHAPTER III - Purpose: Transcripts of PCA3/DD3 gene are at the moment the most specific molecule found in prostate cancer specimens. This mRNA can be detected in important sample targets for clinical analyses, such as prostatic tissues, urine after prostatic massage, and the peripheral blood. Methods: The present study evaluated the PCA3 gene expression in prostatic tissues and in peripheral blood of BPH and PCa patients, by RT-PCR assays, and based on its detection together with other clinical parameters, we proposed a model for molecular monitoring in order to improve diagnosis as an auxiliary technology. Results: The concomitant use of PCA3 transcript detection in the peripheral blood and in prostate tissues has improved diagnosis, with sensitivity and an accuracy of 77%. For the molecular staging, patients have been classified as: localized disease (PBL-; negative PCA3) and circulating tumors cells disease (PBL+; positive PCA3). The higher frequencies of PBL- had been observed in T1-T2 stages (75%); on the other hand, the higher PCA3 positivity was observed for the T3-T4 staging (43%), while the T1-T2 stages presented 25% positivity. A correlation was found between the molecular staging and serum PSA < 10ng/mL before surgery, and approximately 60% of patients with T3-T4 stages that presented biochemical failure after radical prostatectomy presented a positive PCA3 result (P= 0.05), with an odds ratio of 16-fold higher for the possibility of disease recurrence in relation to the T1-T2 patients, and an accuracy of 82%. Conclusion: These data demonstrated the importance of the PCA3 gene as an auxiliary method in prostate cancer diagnosis, by distinguishing PCa from BPH patients, and also demonstrated its prognostic value in recurrent disease for post-operative patients. CHAPTER IV - Approximately 98% of all the products transcribed in the human genome correspond to non coding RNAs (ncRNA). Many ncRNA functions are attributed to this structural particularity given mainly for the secondary structures formed from its linear sequence of bases. Among the ncRNA types are tRNA, rRNA, small nuclear RNA, small nucleolar RNA, small interference RNA (siRNA), microRNA (miRNA) and catalytic RNAs (ribozymes). The bioinformatics has supplied useful tools in the prediction of optimal or suboptimal secondary structures allowing the design of interference RNA as miRNAs or siRNAs. In human, miRNAs have been associated with the development of diverse complex diseases as cancer. The PCA3 (DD3) gene was molecularly characterized as cancer and prostate specific, and its transcripts are non-coding, once no peptide products have been found. Due to its structural characteristics, the PCA3 gene belongs thus to the increasing family of ncRNA. In the present work, four new variant molecules of the PCA3 gene have been sequence characterized and their frequencies demonstrated in prostate cancer and in benign prostatic hyperplasia patients, as well as in healthy individuals. We have also investigated and predicted the putative secondary structures formed in order to elucidate its role in prostate cancer biology. No association has been found between the frequency of these molecules and prostate pathologies (PCa or BPH). On the other hand, PCA3 variants were found in 10% (12/115) of cases in the general population. Similar analyses of the possible polypeptides of these molecules demonstrated that it remains as a non-coding RNA, and introns presents in the first, second and fourth variants suggesting a possible role as a miRNA with intracellular activity to these molecules to the PCA3 gene. In prostatic tissues, 100% of the prostate cancer cases presented the RNA molecule with an exon 2 splicing. However, further investigation must be carried out to demonstrate the true role of these splicing variants in prostate tumors and in other pathologies, once these molecules have been preferentially found in the peripheral blood. / CAPÍTULO I - O câncer de próstata é uma doença comum no mundo e já assumiu em alguns países uma das principais causas de mortalidade da população masculina. Vários marcadores moleculares têm sido associados à gênese do câncer de próstata. A fim de demonstrar a expressão diferencial dos níveis transcricionais dos genes AR, SRD5A2, KLK2, PSMA e PCA3 em doenças prostáticas, o RNAm foi analisado em tecidos com adenocarcinoma prostático (CaP, N= 48) e hiperplasia prostática benigna (HPB, N= 25) por meio da técnica RT-PCR multiplex semi-quantitativa. Foram observadas diferenças significativas na expressão relativa desses genes entre os tecidos cancerosos e nãocancerosos. A taxa de densidade ótica entre os amplicons para cDNA provenientes do gene AR foi 1.6 vezes maior no adenocarcinoma prostático. Por outro lado, os níveis de RNAm do gene SRD5A2 foi associado com a HPB e foi 1.4 vezes maior do que no CaP. Para os genes KLK2, PSMA e PCA3, os níveis transcricionais foram respectivamente, 1.9, 1.9 e 5 vezes maior no câncer comparado a tecidos benignos. Dos testes diagnósticos realizados, o gene PCA3 individualmente foi o que apresentou as melhores sensibilidade e acurácia, sendo que a inclusão das medidas de PSA sérico melhorou a sensibilidade (de 76 para 92%), o valor preditivo positivo (de 85 para 94%), o valor preditivo negativo (de 60 para 62%) e a acurácia (de 74 para 78%). Os dados sugerem que a maior expressão dos genes AR, KLK2, PSMA e PCA3 ou expressão reduzida do gene SRD5A2 em tecidos prostáticos podem indicar a ocorrência do adenocarcinoma da próstata, sendo que as análises do gene PCA3 juntamente aos do PSA sérico são altamente promissores como método auxiliar no diagnóstico desse tipo de câncer. CAPÍTULO II - O câncer de próstata (CaP) e o mais comumente diagnosticado na população masculina e consiste de eventos multifatoriais e multifocais. Devido a complexidade da doença, a qual inclui alterações genômicas, invasão local, liberação de células micrometastáticas para a circulação, invasão secundaria de tecidos de outros órgãos, e resistência ao bloqueio hormonal, muitos marcadores podem ser usados para representar os eventos múltiplos e variáveis que levam ao desenvolvimento do câncer. A baixa especificidade do único marcador para diagnostico do câncer de próstata, PSA, tem nos levado a investigar quatro potenciais marcadores no sangue periférico de pacientes pela detecção de seus níveis de RNAm e associá-los a parâmetros clínicos. Os níveis de expressão dos transcritos do KLK2, KLK3, PCA3 e PSMA foram avaliados pela RT-PCR Nested, em pacientes com CaP (99), com hiperplasia prostática benigna (HPB, 36) e voluntários saudáveis (104). Diferenças significativas foram encontradas para a expressão dos genes KLK2, PSMA e PCA3 entre os pacientes com CaP e os pacientes com HPB ou voluntários saudáveis. Os níveis do KLK2 e PSMA também apresentaram associação positiva (P<0.05) com doença extra-prostática (pT3). A RT-PCR Nested positiva combinada para os genes KLK2, PCA3 e PSMA com PSA sérico maior que 4ng/mL apresentou uma chance 10 vezes maior de ocorrência do câncer comparado aos controles saudáveis, com sensibilidade, especificidade e acurácia de 57%, 89% e 93%, respectivamente. A análise combinada dos genes KLK2, PCA3 e PSMA pode ser uma ferramenta útil na distinção de pacientes com CaP daqueles com doença benigna ou de indivíduos saudáveis. Ainda, a analise dos transcritos KLK2 e PSMA podem ser usados como marcadores prognósticos para a presença de doença extra-capsular e auxiliando na predição de recidiva da doença no pós-operatório. CAPÍTULO III - Os transcritos do gene PCA3/DD3 são até o momento as moléculas mais específicas encontradas em espécimes de câncer de próstata. Esses RNAm podem ser detectados em importantes alvos para a análise clínica como tecidos prostáticos, na urina após massagem prostática e em sangue periférico. O presente estudo avaliou a expressão do gene PCA3 em tecidos prostáticos e em sangue periférico de pacientes com HPB e CaP, por técnicas de RT-PCR, e baseado na sua detecção juntamente com os parâmetros clínicos, foi proposto um modelo de estadiamento molecular como técnica assessória para melhor o diagnóstico da doença. O uso concomitante da detecção dos transcritos do gene PCA3 no sangue periférico e no tecido prostático melhorou o diagnóstico, com sensibilidade e acurácia de 77%. Para o estadiamento molecular, os pacientes foram classificados como contendo a doença localizada (PBL-) e em doença com células tumorais circulantes (PBL +). Maiores freqüências de tumor localizado pelo estadiamento molecular foram observadas nos estadios T1-T2 (75%), enquanto que 25 e 43% dos cânceres T1-T2 e T3-T4, respectivamente, apresentaram PCA3 positivo (células circulantes). Uma correlação foi encontrada para o estadiamento molecular para doença localizada e PSA sérico pré-cirúrgico < 10ng/mL, e aproximadamente 60% dos pacientes TNM T3-T4 que apresentaram falha bioquímica após a cirurgia radical apresentaram RTPCR positiva do PCA3 (P= 0.05), com um Odds Ratio 16 vezes maior para a possibilidade de recorrência da doença em relação aos pacientes T1-T2 e uma acurácia de 82%. Esses dados demonstram a importância da detecção do gene PCA3 como método no diagnóstico do câncer de próstata, por distinguir pacientes com CaP daqueles com HPB, e também demonstrando seu valor prognóstico na doença recorrente no pósoperatório dos pacientes. CAPÍTULO IV - Aproximadamente 98% de todos os produtos transcritos do genoma humano correspondem a RNAs não codificantes (RNAnc). Muitas funções dos RNAnc são atribuídas a suas particularidades estruturais dadas principalmente pelas estruturas secundárias formadas a partir da sua sequência linear de bases. Dentre os tipos de RNAnc estão os RNAt, RNAr, small nuclear RNA, small nucleolar RNA, small interference RNA (siRNA), microRNA (miRNA) e RNAs catalíticos (ribozimas). A bioinformática tem fornecido ferramentas úteis na predição de estruturas secundárias ótimas ou subótimas permitindo o design de RNAs de interferência como os miRNAs ou siRNAs. Em humanos, os miRNAs tem sido associados ao desenvolvimento de diversas doenças complexas como o câncer. O gene PCA3 (DD3) foi molecularmente caracterizado como câncer- e próstata- específico e os seus RNAs são os responsáveis por essa característica, isso porque nenhum produto protéico tem sido encontrado para esse gene. Devido às suas características estruturais, o gene PCA3, pertence assim à crescente família de RNAnc. No presente trabalho foi analisado as freqüências de quatro moléculas variantes do gene PCA3, além das anteriormente reportadas, como também foram preditas as suas estruturas secundárias na tentativa de elucidar o seu papel na biologia do câncer de próstata. Nenhuma associação foi encontrada entre a freqüência dessas moléculas e as patologias da próstata como hiperplasia benigna ou câncer, sendo que na população geral analisada essas variantes foram encontradas em apenas 10% (12/115) dos casos. As análises de homologia de possíveis polipeptídeos para essas moléculas demonstram que permanece o papel de RNA não-codificante para o gene PCA3. Ainda, a presença de introns nas variantes 1, 2 e 4 podem sugerir um papel intracelular de miRNA para essas moléculas do gene PCA3. Nos tecidos prostáticos, 100% dos casos de câncer foi representando pela molécula com splicing do exon 2. Contudo, para as variantes de splicing, novas pesquisas deverão ser realizadas incluindo outras patologias além das doenças prostáticas e outros tipos tumorais para verificar o real impacto dessas moléculas, uma vez que foram encontradas preferencialmente no sangue periférico. / Doutor em Genética e Bioquímica