Na leucemia mielóide crônica (LMC) a proteína Bcr-Abl possui atividade tirosina-quinase constitutivamente ativada, induzindo a mieloproliferação e a resistência das células à apoptose. A maioria dos pacientes na fase crônica da LMC tratados com inibidores de tirosina-quinase (TKIs), como o mesilato de imatinibe, apresenta remissão citogenética completa da doença, mas uma parcela desses pacientes tem se mostrado resistente à terapia. A fisiopatologia da LMC e os mecanismos celulares e moleculares envolvidos na resistência à terapia com TKIs são diversos e precisam ser melhor estudados. Nesse contexto, o objetivo do presente estudo foi quantificar os níveis de expressão do gene DIDO, incluindo suas diferentes isoformas (DIDO 1, 2 e 3) e promotores (DIDO PP e PD) em controles e em pacientes com LMC nas diferentes fases da doença, tratados ou não com TKIs, bem como em linhagens celulares BCR-ABL1+ sensíveis (S) e resistentes (R) ao mesilato de imatinibe (MI). A literatura relata que DIDO 1 participa do processo de apoptose e que alterações na expressão de DIDO 2 e DIDO 3 podem estar associadas com o desenvolvimento de neoplasias mielóides. Dessa forma, foram estudados 60 pacientes com LMC e 57 controles, assim como as linhagens celulares HL-60, HL-60.Bcr-Abl+, LAMA 84 S, LAMA 84 R, KCL 22 S e KCL 22 R. Foram separadas as células mononucleares de sangue periférico dos pacientes e controles, com posterior extração de RNA e síntese de cDNA, que foi então empregado nas reações de PCR em tempo real (qPCR) para quantificação das expressões gênicas de DIDO 1, 2, 3, PP, PD e ORF. As linhagens celulares foram tratadas por 4h com TKIs e então a expressão das diferentes isoformas de DIDO foi também quantificada por qPCR. A avaliação da expressão proteica de Bcr-Abl, c-Abl e proteínas fosforiladas nas linhagens foi realizada por Western-blotting. A expressão de DIDO 1 e 2 foi maior nos pacientes nas fases avançadas da LMC e nos pacientes na fase crônica da doença tratados com TKIs (mesilato de imatinibe ou dasatinibe) do que nos controles. Os pacientes na fase crônica da LMC tratados com MI expressaram mais DIDO 1 e 3 do que os pacientes na fase crônica sem tratamento. Houve uma correlação positiva entre expressão de BCR-ABL1 e de DIDO 2 e entre índice de Sokal dos pacientes e expressão de DIDO 2. Na linhagem HL60.Bcr-Abl+, a expressão de proteínas fosforiladas reduziu após tratamento de 4h com TKIs, mas não houve alteração na expressão gênica de DIDO. Nas linhagens celulares S e R, houve aumento da expressão de DIDO 1 após o tratamento de 4h com MI. Conclui-se, portanto, que as diferentes isoformas de DIDO parecem exercer funções distintas na leucemia mielóide crônica; que o tratamento de pacientes e linhagens BCR-ABL1 positivas com inibidores de tirosina-quinase aumenta expressão de DIDO 1; e que a expressão de DIDO 2 correlaciona-se positivamente à expressão de BCR-ABL1 e ao índice de Sokal dos pacientes. / In chronic myeloid leukemia (CML) the Bcr-Abl protein has constitutively activated tyrosine kinase activity, that induces to myeloproliferation and apoptosis resistance of the cells. Most patients in chronic phase of CML treated with the tyrosine kinase inhibitor (TKI) imatinib mesylate have a complete cytogenetic remission, but a portion of these patients have been shown to be resistant to therapy. The pathophysiology of CML and the cellular and molecular mechanisms involved in resistance to TKIs therapy are diverse and require further study. In this sense, the aim of this study was to quantify the expression levels of the DIDO gene, including its isoforms (DIDO 1, 2 and 3) and promoters (DIDO PP and PD) in controls and in patients with CML in different phases of the disease treated or not treated with TKIs, as well as in cell lines BCR-ABL1+ sensitive (S) and resistant (R) to imatinib mesylate (IM). The literature reports that DIDO 1 is involved in apoptosis process and that alterations of DIDO 2 and DIDO 3 expression may be associated with the development of myeloid neoplasms. Thus, 60 CML patients, 57 control individuals and the cell lines HL-60, HL-60.Bcr-Abl+, LAMA 84 S, LAMA 84 R, KCL 22 S and KCL 22 R were studied. Peripheral blood mononuclear cells of patients and controls were isolated and RNA extraction and cDNA synthesis were performed. The cDNA samples were used in Real-Time PCR reactions (qPCR) to quantify the DIDO 1, 2, 3, PP, PD and ORF gene expression. The cell lines were treated during 4h with TKIs and then the expression of DIDO different isoforms was also quantified by qPCR. The assessment of protein expression of Bcr-Abl, c-Abl and phosphorylated proteins in this cell lines was performed by Western blotting. The DIDO 1 and 2 expression was higher in advanced phases patients and in chronic phase patients CML treated with TKIs (imatinib mesylate and dasatinib) than in controls. Chronic phase CML Patients treated with IM expressed more DIDO 1 and 3 than chronic phase untreated patients. There was a positive correlation between BCR-ABL1 expression and DIDO 2 expression and between Sokal score prognostic and DIDO 2 expression. In HL60.Bcr-Abl+ cells the expression of phosphorylated proteins was lower after treatment during 4h with TKIs, but there was no change in DIDO gene expression. There were an increase of DIDO 1 expression in all S and R cell lines after treatment during 4h with IM. Therefore we conclude that the DIDO different isoforms may have different functions in chronic myeloid leukemia; the treatment of patients and BCR-ABL1+ cell lines with TKIs increases DIDO 1 expression; and that the DIDO 2 expression is positively correlated to the BCR-ABL1 expression and Sokal score prognostic of CML patients.

A Leucemia Mielóide Crônica (LMC) é uma neoplasia mieloproliferativa resultante da expansão clonal de células mielóides positivas para o cromossomo Philadelphia. A patogênese da LMC está associada à expressão do oncogene BCR-ABL1, que codifica a proteína Bcr-Abl com constitutiva atividade da tirosina quinase, promovendo a mieloproliferação exacerbada e a resistência à apoptose das células leucêmicas. Os pacientes com LMC são tratados principalmente com inibidores de tirosina quinase (TKI), mas a resistência aos inibidores e a refratariedade tem sido relatada em alguns pacientes na fase crônica e na maioria dos pacientes em fases avançadas da doença. Assim sendo, continua a ser de suma importância a elucidação da patogênese da LMC e a busca de novos alvos terapêuticos, como os membros da via de sinalização Hippo e reguladores do ciclo celular, da família Aurora quinase. O presente estudo quantificou o nível de expressão de genes que codificam componentes da via de sinalização Hippo (MST1, MOB1B, MOBKL1B, LATS1, LATS2, YAP e TAZ) e Aurora quinases A e B em: 1) pacientes com LMC em diferentes fases da doença, resistentes ou sensíveis à terapia com mesilato de imatinibe (MI), em indivíduos saudáveis e 2) linhagens celulares HL-60, HL-60.Bcr- Abl tratadas com TKI (imatinibe, dasatinibe e nilotinibe), KCL22 e LAMA84 resistentes e sensíveis ao MI. Os níveis de expressão dos genes alvo foram correlacionados com o índice de prognóstico de Sokal. Os principais resultados revelaram que há alteração nos genes MST1, MOB1B, MOBKL1B, LATS1, LATS2, TAZ, AURKA e AURKB em pacientes com LMC em relação aos controles. Não houve correlação entre o índice de Sokal e a expressão gênica dos genes da via Hippo, MST1, MOB1B, MOBKL1B, LATS1, LATS2 e TAZ, assim como os genes Aurora quinases A e B. Pacientes com LMC em fases avançadas apresentaram maiores valores de expressão dos genes TAZ e AURKB, comparado aos pacientes na fase crônica. Os pacientes resistentes ao TKI apresentaram as expressões dos genes MST1, TAZ e AURKB, significativamente mais elevadas, comparado aos pacientes sensíveis ao MI. Os resultados dos estudos em linhagens celulares indicaram principalmente que a expressão do gene LATS1 pode ser modulada pela atividade de tirosina quinase Bcr-abl e que o oncogene BCR-ABL1 induz a expressão de AURKA, AURKB, LATS1 e TAZ. Em conjunto os dados obtidos revelam que a alteração da expressão dos genes da família Aurora quinase, A e B, e dos genes que codificam proteínas da via Hippo contribui para a patogênese e progressão da LMC. O desenvolvimento de fármacos e/ou a identificação de marcadores tumorais para a via de sinalização Hippo e família Aurora quinase, podem otimizar o tratamento da LMC, aumentando a susceptibilidade das células leucêmicas a apoptose e levando a um melhor prognóstico da doença / Chronic myeloid leukemia (CML) is a myeloproliferative neoplasm resulting from clonal expansion of myeloid cells positive for the Philadelphia chromosome. The CML pathogenesis is associated with BCR-ABL1 oncogene expression, which encodes the Bcr-Abl protein with a constitutive tyrosine kinase activity, leading to leukemic cell high proliferation and resistance to apoptosis. CML patients are mainly treated with tyrosine kinase inhibitors (TKI), but some of CML patients in chronic phase are resistant and in advanced phases are refractory to TKI. Thus, it is still relevant to elucidate the CML pathogenesis and seek to new therapeutic targets, including the Hippo signaling pathway members and cell cycle regulatory genes such as those encoding the Aurora kinase family. The present study quantified the RNA expression level of genes encoding components from the Hippo cell signaling pathway (MST1, MOB1B, MOBKL1B, LATS1, LATS2, YAP, and TAZ) and Aurora kinase A and B in: 1) CML patients at different stages of the disease, in CML patients resistant or sensitive to imatinib mesylate therapy, healthy individuals and 2) in cell lines HL-60, HL-60.Bcr-Abl treated with TKI (imatinib mesylate, dasatinib and nilotinib), KCL22 and LAMA84 resistant and sensitive to IM. The RNA expression levels of the target genes were also correlated to the CML Sokal\'s prognostic score values. The main results revealed that there are alterations in the genes MST1, MOB1B, MOBKL1B, LATS1, LATS2, TAZ, AURKA and AURKB in patients with CML in relation to the controls. There was no correlation between the Sokal index and the gene expression of the Hippo, MST1, MOB1B, MOBKL1B, LATS1, LATS2 and TAZ genes, as well as the Aurora kinase genes A and B. Patients with advanced phase CML had higher values of expression of the TAZ and AURKB genes, compared to the patients in the chronic phase. Patients resistant to TKI had significantly higher MST1, TAZ and AURKB gene expression compared to MI-sensitive patients. The results of the studies in cell lines indicated primarily that the expression of the LATS1 gene can be modulated by the Bcr-abl tyrosine kinase activity and the BCR-ABL1 oncogene induces the expression of AURKA, AURKB, LATS1 and TAZ. Together, the data show that altered expression of Aurora kinase family genes, A and B, and genes coding for Hippo pathway proteins contribute to the pathogenesis and progression of CML. The development of drugs and/or identification of tumor markers for the Hippo signaling pathway and the Aurora kinase family can optimize CML treatment by enhancing the susceptibility of leukemic cells to apoptosis and leading to a better disease prognosis

Neste trabalho foi utilizado um esquema multi-técnicas para estudar as interações moleculares no mecanismo de ação de clorocatecol 1,2-dioxigenase e da tirosina quinase FGFR2. Na primeira parte desta tese, descrevemos uma série de experimentos envolvendo a interação da enzima clorocatecol 1,2- dioxigenase (1,2-CCD) com seus ligantes naturais e também com miméticos de membranas biológicas (micelas de surfactantes, monacamadas lipídicas e lipossomos). Utilizamos a técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) para mostrar que tanto o substrato, quanto o produto da reação inibem a cinética enzimática mediada por 1,2-CCD. Resultados obtidos com as técnicas de calorimetria de varredura diferencial (DSC) e ressonância paramagnética eletrônica (RPE) confirmaram que a inibição se dá devido à ligação direta do produto da reação no sítio catalítico da enzima. Sendo assim, nossos dados indicam que o produto da reação exerce um papel relevante na catálise mediada por 1,2-CCD, devendo ser levado em consideração para estudos futuros que versem sobre a regulação da atividade desta enzima. Em outra vertente, investigamos a capacidade de 1,2-CCD de se ligar a modelos de membranas. Para isso, utilizamos as técnicas de RPE, DSC e de monocamadas de Langmuir no monitoramento das alterações nos miméticos de membranas (micelas dos surfactantes SDS e CTABr, monocamdas de DPPC e lipossomos de DPPC e DMPC) quando da adição de 1,2-CCD. Este conjunto de dados aponta claramente para a existência da referida interação, o que pode representar, junto com a inibição por produto, outro mecanismo de regulação do metabolismo desta enzima dentro da célula. Na segunda parte de nosso estudo, utilizamos a técnica de ITC para acessar as cinéticas de autofosforilação de FGFR2 quinase e de fosforilação, catalisada por FGFR2 quinase, da isoforma p52 da proteína Shc. A fosforilação reversível da cadeia lateral de aminoácidos é um princípio de regulação da atividade de enzimas e sinalização de proteínas largamente utilizado pelas células. Para tornarem-se ativas, proteínas tirosina quinase (PTK) autofosforilam-se hidrolisando moléculas de ATP em ADP em uma reação sequencial e precisamente ordenada. Uma vez ativas, interagem com proteínas adaptadoras, como Shc, que são fosforiladas pelo intermédio de PTK. Assim que é fosforilada, Shc torna-se apta a interagir com outras proteínas importantes no processo de sinalização celular para formar os complexos de sinalização primários (ESC). Nossos resultados mostram que o processo de autofosforilação da FGFR2 é governado por uma cinética cooperativa e com a ordem de fosforilação dos resíduos de tirosina provavelmente idêntica àquela previamente determinada para FGFR1. Já para a fosforilação de Shc, a cinética tende a mudar com a temperatura, sendo que a 10oC ocorre segundo um mecanismo de Michaelis- Menten, enquanto que a 15oC podemos identificar uma indefinição de comportamento deste sistema, uma vez que os dados podem ser ajustados pelos modelos de Michaelis-Menten e Hill. Já para 20oC, vemos uma mudança no perfil catalítico, mostrando um certo grau de cooperatividade. Estes resultados, além de estabelecerem características da cinética de fosforilação de FGFR2 e Shc ainda não reportadas, também validam o método calorimétrico utilizado para determinar os parâmetros cinéticos associados àquele processo. / In this thesis we have used a muti-technique approach to study the molecular interactions relevant in the reaction mechanism of two enzymes: chlorocatechol 1,2 dioxygenase (1,2-CCD) and tyrosine kinase FGFR2. In the first part, we have described a series of experiments involving the interaction of 1,2-CCD with its natural ligands and also with models of biological membranes (micelles, lipid monolayer, and liposomes). Isothermal titration calorimetry (ITC) has shown that both substrate and product of the reactions inhibit 1,2-CCD kinetics. The results from differential scanning calorimetry (DSC) and electron paramagnetic resonance (EPR) have confirmed that inhibition is due to the direct binding of product to the enzyme catalytic site. Thus, our data has indicated that the product of reaction plays a relevant role in the 1,2-CCD catalysis, and should be taken into account in studies related to activity regulation of this class of enzymes. In other study, we have investigated the 1,2-CCD capability of binding to model membranes. For that, EPR, DSC and Langmuir monolayer have been used to monitor changes in the mimetic systems (SDS and CTABr micelles, DPPC monolayer and DMPC liposomes) upon addition of 1,2-CCD to the system. Taken together our data points to existence of the such interaction, which means that this behaviour, along with the product inhibition, could be another mechanism for regulating this enzyme metabolism inside the cell. In the second part of our work, we have used ITC to assess the kinetics of phosphorylation of both FGFR2 kinase and the p52 isoform of Shc. The reversible phosphorilation of tyrosine residues is a widely used mechanism for regulating enzyme activity and protein signalling into the cell. To become active, Tyrosine kinase (PTK) phosphorylates itself by hydrolysing ATP into ADP molecules in a sequential and precisely ordered reaction. When active, PTK interacts with protein partners, like Shc, thus phosphorylating them. After its phosphorylation, Shc interacts with other important proteins in signalling events in order to form the so-called early signalling complexes (ESC). Our results have shown that the FGFR2 kinetics of autophosphorilation happened in a cooperative manner and probably following a phosphorilation order of the Tyr residues similar to that previously reported for FGFR1 kinase. As for the Shc phosphorilation mediated by FGFR2 kinase, it changes with temperature from a regular Michaelis-Menten kinetics at 10oC to an unclear behaviour, adjustable to both Michaelis-Menten and to Hill model, at 15oC. At 20oC, we can see that the kinetics shows some degree of cooperativity. These results provide the kinetic parameters for the FGFR2 authophosphorilation as well as p52Shc phosphorilation that have not been reported before, and also validate the calorimetric methods as a very useful tool to perform kinetics studies related to kinase signalling processes.

A leucemia mielóide crônica (LMC) é uma doença mieloproliferativa clonal caracterizada pela presença do cromossomo Philadelphia e o oncogene BCR-ABL1. Este oncogene codifica a oncoproteína Bcr-Abl com atividade tirosina-quinase constitutiva. A proteína Bcr-Abl é responsável pela resistência das células leucêmicas a apoptose. Atualmente, os pacientes com LMC são tratados com os inibidores de tirosina-quinase - mesilato de imatinibe, dasatinibe e nilotinibe. Apesar de o tratamento ser eficiente, pacientes em fases avançadas e mesmo na fase crônica da doença, apresentam resistência à terapia. Desta forma, novos fármacos devem ser investigados para melhorar o tratamento da LMC. As L-aminoácido oxidases (LAAOs) têm sido descritas como substâncias citotóxicas e indutoras de apoptose. Assim, o principal objetivo do presente estudo foi investigar o potencial antitumoral da LAAO isolada da serpente Calloselasma rhodostoma (CR-LAAO) nas células Bcr-Abl positivas. Avaliou-se a citotoxicidade da CR-LAAO nas linhagens HL-60 (linhagem Bcr-Abl negativa), HL-60.Bcr-Abl, K562 e KCL22 (linhagens Bcr-Abl positivas) e nas células mononucleares (MNC) de sangue periférico de indivíduos saudáveis, na presença ou ausência da catalase. Para investigar os mecanismos da ação citotóxica da CR-LAAO, realizou-se os ensaios de indução de apoptose por meio da quantificação das percentagens de núcleos hipodiplóides e anexina V-FITC, nas linhagens celulares e nas células MNC de indivíduos saudáveis e pacientes com LMC. Avaliou-se também os níveis de expressão das caspases 3, 8 e 9, o potencial de membrana mitocondrial, danos no DNA e o efeito apoptótico da toxina combinada com os inibidores de tirosina-quinase nas linhagens Bcr-Abl positivas. Além disso, investigamos se a CR-LAAO foi capaz de modular a expressão dos apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-145, miR-26a, hsa-let-7d, miR-142-3p, miR-29c, miR-146a, miR-21, miR-130a e miR-130b, assim como das proteínas pro- e anti-apoptóticas Bak, Bax, Bid, Bim, A1, Bcl-2, c-Flip, Ciap-2 e Mcl-1 nas linhagens Bcr-Abl positivas. Nossos resultados mostraram que o efeito citotóxico da CR-LAAO foi mais potente nas linhagens Bcr-Abl positivas em relação às células MNC de indivíduos saudáveis, e está associado ao peróxido de hidrogênio produzido durante a reação enzimática da CR-LAAO. Demonstrou-se também que a CR-LAAO induziu apoptose nas linhagens Bcr-Abl postivas testadas e nas células MNC de pacientes com LMC na fase crônica da doença. Em todas as linhagens celulares detectou-se danos no DNA, perda do potencial de membrana e ativação das caspases 3, 8 e 9. A percentagem de apoptose aumentou quando as células HL-60.Bcr-Abl foram tratadas com a CR-LAAO combinada com os inibidores de tirosina-quinase. A CR-LAAO modulou a expressão dos apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-145, miR-26a, hsa-let-7d, miR-142-3p, miR-29c, miR-21, miR-130a e miR-130b e de possíveis proteínas alvos nas linhagens Bcr-Abl positivas. Sendo assim, os resultados obtidos sugerem que a CR-LAAO apresenta uma ação antitumoral capaz de destruir as células leucêmicas / Chronic myeloid leukemia (CML) is a clonal myeloproliferative disease characterized by the presence of Philadelphia chromosome and BCR-ABL1 oncogene. This oncogene encodes the Bcr-Abl tyrosine kinase (TK) which presents a constitutive activity. The Bcr-Abl is responsible for leukemic cells resistance to apoptosis. The CML patients are currently treated with tyrosine kinase inhibitors (TKI) - imatinib mesylate, dasatinib and nilotinib. Although TKI are efficient for CML treatment, patients in advanced phases and even in chronic phase of the disease present resistance to therapy. Thus, potential new drugs must be investigated to improve the CML treatment. The L-amino acid oxidases (LAAOs) have been described as cytotoxic and apoptosis-inducing substances. Here, we investigated the LAAO from Calloselasma rhodostoma (CR-LAAO) antitumoral potential against Bcr-Abl positive cells. We evaluated the CR-LAAO cytotoxic effect against HL-60 (Bcr-Abl negative cell line), HL-60.Bcr-Abl, K562, KCL22 (Bcr-Abl positive cell lines) and the peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from healthy subjects, in the presence or absence of catalase. To investigate the mechanisms underlying the CR-LAAO cytotoxic action, we performed the apoptosis induction assays through the hypodiploid nuclei and annexin-V quantification in the cell lines and PBMC from healthy subjects and CML patients. We also evaluated the levels of caspases 3, 8 and 9 expression, the mitochondrial membrane potential, DNA damage and the apoptotic effect of CR-LAAO combined with TKI on Bcr-Abl positive cells. In addition we investigated if CR-LAAO was capable of modulating the apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-29c, hsa-let-7d, miR-145, miR-146a, miR-21, miR-130a, miR-130b, miR-142-3p and miR-26a, the pro- and anti-apoptotic proteins (Bak, Bax, Bid, Bim, A1, Bcl-2, c-Flip, Ciap-2 and Mcl-1 expression in HL-60, HL-60.Bcr-Abl, K562 and KCL22 cells. Our results showed that the CR-LAAO cytotoxic effect was more potent in Bcr-Abl positive cell lines than in PBMC from healthy subjects and it is linked to hydrogen peroxide produced during the enzymatic action of CR-LAAO. It was also demonstrated that CR-LAAO was capable of inducing apoptosis in Bcr-Abl positive cell lines and CML patient\'s cells in chronic phase of the disease. In all tested cell lines, the loss of mitochondrial membrane potential, DNA damage and caspases 3, 8 and 9 activation were detected. The apoptosis percentage was improved when HL-60.Bcr-Abl cells were treated with CR-LAAO combined with TKI. The CR-LAAO modulated the apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-145, miR-26a, hsa-let-7d, miR-142-3p, miR-29c, miR-21, miR-130a and miR-130b expression as well the predict target proteins levels on Bcr-Abl positive cells. Thus, our results suggest that CR-LAAO presents an antitumoral action capable of destroying the CML cells.

As leucemias cromossomo Ph-positivas estão intimamente associadas à expressão da tirosina-quinase Bcr-Abl. Esta oncoproteína promove independência de fatores de crescimento, alterações na adesão e inibição da apoptose por mecanismos ainda não totalmente elucidados. O objetivo desse estudo foi avaliar a contribuição da atividade quinase de Bcr-Abl para seu potencial anti-apoptótico e identificar alterações moleculares envolvidas na transformação celular induzida por essa proteína. Nossos resultados sugerem que a resistência à apoptose não depende da manutenção constante da atividade tirosina-quinase de Bcr-Abl, tampouco da presença de proteínas fosforiladas em tirosina. A comparação do proteoma de células HL-60.vetor e HL-60.Bcr-Abl revelou que a presença de Bcr-Abl causa alterações profundas no padrão de expressão protéica. As proteínas afetadas estão associadas a diversos processos celulares, como adesão, transdução de sinais, proliferação e morte celular. Esses achados devem contribuir para a identificação de novos marcadores de prognóstico e alvos terapêuticos. / Ph chromosome-positive leukemias are closely associated with the expression of Bcr-Abl tyrosine kinase. This oncoprotein promotes growth factor independence, alters cell adhesion and confers resistance to apoptosis by mechanisms that are not fully understood. The aim of this study was to evaluate the contribution of Bcr-Abl kinase activity for its antiapoptotic potential and identify molecular alterations involved in Bcr-Abl-induced cell malignant transformation. Our results suggest that Bcr-Abl is not required to be constantly active to maintain the resistance to apoptosis and pY-containing proteins may not be responsible for the antiapoptotic effect of Bcr-Abl. The comparison between the proteome of HL-60.vector and HL-60.Bcr-Abl cells revealed that the presence of Bcr-Abl alters the expression of a great variety of proteins. The affected molecules are associated with several cellular processes, including cell adhesion, signal transduction, proliferation and cell death. Our findings might help the identification of new prognostic markers and therapeutic targets.

A galectina-1 (LGALS1) participa em diferentes etapas da neoplasia, mas sua função na leucemia mielóide crônica (LMC) é desconhecida. Neste trabalho, a expressão etópica de BCR-ABL selvagem, mas não de BCR-ABL quinase deficiente, em linhagens celulares hematopoéticas, resultou em aumento de LGALS1. O efeito foi revertido com a inibição da tirosina quinase pelo mesilato de imatinibe. Este resultado indicou que a galectina-1 é modulada pela atividade tirosina-quinase de BCR-ABL. Em pacientes com LMC, a maior expressão de LGALS1 foi correlacionada a altos níveis de BCR-ABL, progressão da doença e a um tempo de sobrevida menor. Adicionalmente, as células K562 com LGALS1 inibida por RNA de interferência exibiram crescimento mais lento do que as células K562 com LGALS1 intacta, em camundongos nude. Portanto, o pior prognóstico de pacientes com altos níveis de galectina-1 sugere um efeito cooperativo de galectina-1 na tumorigênese de BCR-ABL reforçando o conceito de que a galectina-1 é um forte candidato para intervenção terapêutica na LMC. / Galectin-1 (LGALS1) participates in different steps of neoplasia but its role in chronic myeloid leukemia (CML) is unknown. In this work, ectopic expression of wild-type but not kinase-deficient BCR-ABL in different hematopoietic cells resulted in LGALS1 upregulation. Tyrosine-kinase inhibition by imatinib mesylate reversed this effect. This result indicate that galectin-1 is modulated by tyrosine kinase activity. In CML patients, the elevated expression of LGALS1 was correlated with high BCR-ABL levels, disease progression and shorter survival time. Additionally, in nude mice, LGALS1-deficient K562 cells obtained by RNA interference were less efficient in tumor formation than control K562 cells. Therefore, the worst prognosis in patients bearing high LGALS1 levels suggests a cooperative role for galectin-1 in BCR-ABL-positive leukemia and support the concept that galectin-1 is a strong candidate for CML therapeutic intervention.

Neste trabalho foi utilizado um esquema multi-técnicas para estudar as interações moleculares no mecanismo de ação de clorocatecol 1,2-dioxigenase e da tirosina quinase FGFR2. Na primeira parte desta tese, descrevemos uma série de experimentos envolvendo a interação da enzima clorocatecol 1,2- dioxigenase (1,2-CCD) com seus ligantes naturais e também com miméticos de membranas biológicas (micelas de surfactantes, monacamadas lipídicas e lipossomos). Utilizamos a técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) para mostrar que tanto o substrato, quanto o produto da reação inibem a cinética enzimática mediada por 1,2-CCD. Resultados obtidos com as técnicas de calorimetria de varredura diferencial (DSC) e ressonância paramagnética eletrônica (RPE) confirmaram que a inibição se dá devido à ligação direta do produto da reação no sítio catalítico da enzima. Sendo assim, nossos dados indicam que o produto da reação exerce um papel relevante na catálise mediada por 1,2-CCD, devendo ser levado em consideração para estudos futuros que versem sobre a regulação da atividade desta enzima. Em outra vertente, investigamos a capacidade de 1,2-CCD de se ligar a modelos de membranas. Para isso, utilizamos as técnicas de RPE, DSC e de monocamadas de Langmuir no monitoramento das alterações nos miméticos de membranas (micelas dos surfactantes SDS e CTABr, monocamdas de DPPC e lipossomos de DPPC e DMPC) quando da adição de 1,2-CCD. Este conjunto de dados aponta claramente para a existência da referida interação, o que pode representar, junto com a inibição por produto, outro mecanismo de regulação do metabolismo desta enzima dentro da célula. Na segunda parte de nosso estudo, utilizamos a técnica de ITC para acessar as cinéticas de autofosforilação de FGFR2 quinase e de fosforilação, catalisada por FGFR2 quinase, da isoforma p52 da proteína Shc. A fosforilação reversível da cadeia lateral de aminoácidos é um princípio de regulação da atividade de enzimas e sinalização de proteínas largamente utilizado pelas células. Para tornarem-se ativas, proteínas tirosina quinase (PTK) autofosforilam-se hidrolisando moléculas de ATP em ADP em uma reação sequencial e precisamente ordenada. Uma vez ativas, interagem com proteínas adaptadoras, como Shc, que são fosforiladas pelo intermédio de PTK. Assim que é fosforilada, Shc torna-se apta a interagir com outras proteínas importantes no processo de sinalização celular para formar os complexos de sinalização primários (ESC). Nossos resultados mostram que o processo de autofosforilação da FGFR2 é governado por uma cinética cooperativa e com a ordem de fosforilação dos resíduos de tirosina provavelmente idêntica àquela previamente determinada para FGFR1. Já para a fosforilação de Shc, a cinética tende a mudar com a temperatura, sendo que a 10oC ocorre segundo um mecanismo de Michaelis- Menten, enquanto que a 15oC podemos identificar uma indefinição de comportamento deste sistema, uma vez que os dados podem ser ajustados pelos modelos de Michaelis-Menten e Hill. Já para 20oC, vemos uma mudança no perfil catalítico, mostrando um certo grau de cooperatividade. Estes resultados, além de estabelecerem características da cinética de fosforilação de FGFR2 e Shc ainda não reportadas, também validam o método calorimétrico utilizado para determinar os parâmetros cinéticos associados àquele processo. / In this thesis we have used a muti-technique approach to study the molecular interactions relevant in the reaction mechanism of two enzymes: chlorocatechol 1,2 dioxygenase (1,2-CCD) and tyrosine kinase FGFR2. In the first part, we have described a series of experiments involving the interaction of 1,2-CCD with its natural ligands and also with models of biological membranes (micelles, lipid monolayer, and liposomes). Isothermal titration calorimetry (ITC) has shown that both substrate and product of the reactions inhibit 1,2-CCD kinetics. The results from differential scanning calorimetry (DSC) and electron paramagnetic resonance (EPR) have confirmed that inhibition is due to the direct binding of product to the enzyme catalytic site. Thus, our data has indicated that the product of reaction plays a relevant role in the 1,2-CCD catalysis, and should be taken into account in studies related to activity regulation of this class of enzymes. In other study, we have investigated the 1,2-CCD capability of binding to model membranes. For that, EPR, DSC and Langmuir monolayer have been used to monitor changes in the mimetic systems (SDS and CTABr micelles, DPPC monolayer and DMPC liposomes) upon addition of 1,2-CCD to the system. Taken together our data points to existence of the such interaction, which means that this behaviour, along with the product inhibition, could be another mechanism for regulating this enzyme metabolism inside the cell. In the second part of our work, we have used ITC to assess the kinetics of phosphorylation of both FGFR2 kinase and the p52 isoform of Shc. The reversible phosphorilation of tyrosine residues is a widely used mechanism for regulating enzyme activity and protein signalling into the cell. To become active, Tyrosine kinase (PTK) phosphorylates itself by hydrolysing ATP into ADP molecules in a sequential and precisely ordered reaction. When active, PTK interacts with protein partners, like Shc, thus phosphorylating them. After its phosphorylation, Shc interacts with other important proteins in signalling events in order to form the so-called early signalling complexes (ESC). Our results have shown that the FGFR2 kinetics of autophosphorilation happened in a cooperative manner and probably following a phosphorilation order of the Tyr residues similar to that previously reported for FGFR1 kinase. As for the Shc phosphorilation mediated by FGFR2 kinase, it changes with temperature from a regular Michaelis-Menten kinetics at 10oC to an unclear behaviour, adjustable to both Michaelis-Menten and to Hill model, at 15oC. At 20oC, we can see that the kinetics shows some degree of cooperativity. These results provide the kinetic parameters for the FGFR2 authophosphorilation as well as p52Shc phosphorilation that have not been reported before, and also validate the calorimetric methods as a very useful tool to perform kinetics studies related to kinase signalling processes.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / O cÃncer de pulmÃo tem sido, na Ãltima dÃcada, a principal causa de morte por cÃncer no mundo, apesar do surgimento de novos quimioterÃpicos e das terapias alvo-direcionadas. Por isso, faz-se necessÃrio o entendimento das alteraÃÃes moleculares e biolÃgicas envolvidas nos processos de carcinogÃnese e crescimento tumoral, bem como o desenvolvimento de modelos experimentais adequados que permitam estudar o comportamento biolÃgico dos tumores de pulmÃo e o efeito de drogas antineoplÃsicas. O objetivo desse estudo foi desenvolver um modelo de tumor no pulmÃo em ratos imunocompetentes de execuÃÃo simples e fÃcil reprodutibilidade, e avaliar a atividade de drogas antitumorais. Cento e noventa e um ratos Wistar fÃmeas, peso mÃdio de 199Â23g, foram distribuÃdos ao acaso em trÃs etapas experimentais. Todos os animais foram anestesiados com tribromoetanol 2,5% (1 ml/100g de rato) intraperitonial (ip), traqueostomizados e intubados com cateter de polietileno 16G, seguindo-o por via intrabrÃnquica (ib) atà as porÃÃes inferiores do pulmÃo para inocular cÃlulas do tumor 256 de Walker. A 1a etapa (n=32) foi feita para estabelecer a tÃcnica do implante de cÃlulas por via ib e o Ãndice de pega tumoral, inoculando-se de 105 a 5Ã105 cÃlulas. A 2a etapa (n=16) para avaliar o volume tumoral no 5o dia do implante de 4Ã105 cÃlulas e correlacionar os achados da tomografia computadorizada de alta resoluÃÃo (TCAR) de tÃrax com os da necropsia. A 3a etapa (n=143) para a avaliar o efeito de drogas e validar o modelo, sendo dividida em duas fases. A 1a fase (n=72) para avaliar o volume tumoral no 5o ou 6o dia do implante de 4Ã105 cÃlulas do tumor, composta de cinco grupos: Grupo controle (Gc), NaCl 0,9% (1ml/gavagem); Grupo celecoxib (Gclx), 15, 30 e 60 mg/kg/dia/gavagem; Grupo talidomida (Gtld), 45 mg/kg/d/sc; Grupo gefitinib (Ggfb), 25 mg/kg/dia; Grupo talidominda + gefititinib (Gtld +gfb). A 2a fase (n=71) para avaliar a sobrevida dos animais, com seis grupos: Gc, Gclx (15, 30, 60), Gtld, Ggfb, Gtld + gfb, Grupo paclitaxel (Gpcl), 8 mg/kg ip. O Ãndice geral de pega do tumor com o implante 4Ã105 cÃlulas foi de 96% (149/155), sendo 90% na 1a etapa, 100% na 2a etapa e 96% na 3a etapa. A mortalidade cirÃrgica foi de 4,2% (8/191) e 21 animais foram excluÃdos do estudo por ausÃncia de tumor no pulmÃo, morte por infecÃÃo (abscesso pulmonar) e outras causas nÃo relacionadas com o tumor. Na 2a etapa, as medidas do tumor feitas na TCAR e comparadas com a necropsia foram semelhantes (r=0, 953, p<0,0001). Na 1a fase da 3a etapa, nÃo se observou diferenÃa no volume tumoral dos animais dos grupos tratados em relaÃÃo ao controle; e na 2a fase verificou-se aumento significante da sobrevida mediana dos animais tratados com TLD, GFB e PCL (13, 13 e 29 dias, respectivamente), em relaÃÃo ao controle (11dias), teste de Log Rank: p<0,001. Conclui-se que o modelo de tumor de pulmÃo por implantaÃÃo de cÃlulas tumorais por via intrabrÃnquica mostrou-se viÃvel, com alto Ãndice de pega e mortalidade cirÃrgica desprezÃvel, de execuÃÃo simples e fÃcil reprodutibilidade. A TCAR revelou-se um mÃtodo de imagem de alta acurÃcia no diagnÃstico, localizaÃÃo e mensuraÃÃo das lesÃes tumorais. O modelo mostrou-se eficaz na avaliaÃÃo de atividade antitumoral de drogas antineoplÃsicas como o paclitaxel, antiangiogÃnicas como a talidomida, e inibidores de tirosina quinase do EGFR como o gefitinib. / Lung cancer has been the main cause of death from cancer worldwide over the past decade in spite of the appearance of new chemotherapy drugs and targeted therapies. It is therefore necessary to clarify the molecular and biological changes involved in carcinogenesis and tumor growth and to develop experimental models for the study of the biology of lung tumors and the effects of antineoplastic drugs. The objective of the study was to develop a practical and easily reproducible lung tumor model using immunocompetent rats and to evaluate the activity of antineoplastic drugs. One hundred ninety-one female Wistar rats, with an average weight of 199Â23g, were randomly assigned to one of three experimental groups. All animals were anesthetized intraperitonially (ip) with 2.5% tribromoetanol (1ml/100g live weight), tracheostomized and intubated with a polyethylene catheter (16G) guided intrabronchially (ib) to the bottom of the lung for inoculation with Walker 256 tumor cells. Group 1 (n=32) established the ib cell implant technique and the tumor take rate with inoculation of 105 to 5Ã105 cells. Group 2 (n=16) evaluated tumor volume on the fifth day of implant with 4Ã105 cells and correlated chest findings from high-resolution computerized tomography (HRCT) and necropsy. Group 3 (n=143) evaluated the effect of antineoplastic drugs and validated the model in two stages. Stage 1 (n=72) evaluated tumor volume on the fifth day of implant with 4Ã105 cells, divided into 5 groups: control (CG), 0.9% NaCl (1ml/gavage); celecoxib (Gclx), 15, 30 and 60mg/kg/day/gavage; thalidomide (Gtld), 45mg/kg/d/sc; gefitinib (Ggfb), 25mg/kg/day/gavage; and thalidomide + gefitinib (Gtld + gfb). Stage 2 (n=71) evaluted the survival of the animals divided into six groups: Gc, Gclx, Gtld, Ggfb, Gtld + gfb, and Gpcl (paclitaxel) 8mg/kg ip. The overal take rate for implants of 4Ã105 cells was 96% (149/155), specifically 90% in the first experimental group, 100% in the second and 96% in the third. Surgical mortality was 4.2% (8/191); 21 animals were excluded due to absence of tumor in the lung, death from infection (pulmonary abscess) and other causes not related to the tumor. In Group 2, measures obtained with HRCT and necropsy were similar (r=0, 953, p<0.0001). In the first stage of Group 3 no difference in tumor volume was observed between treated animals and controls; in the second stage median survival time was significantly extended in animals treated with TLD, GFB and PCL (13, 13 and 29 days, respectively) compared to controls (11 days) (Log Rank test: p<0.001). In conclusion, the present lung tumor model with intrabronchial tumor cell implantation was shown to be feasible and was associated with high tumor take rates, minor surgical mortality, simple execution and easy reproducibility. HRCT was found to be a highly accurate method of diagnosis, localization and tumor measurement. The model was efficient in the evaluation of the antitumoral activity of the antineoplastic drug paclitaxel, the antiangiogenic drug thalidomide, and the EGFR tyrosine kinase inhibitor gefitinib, making it a valid model for testing new drugs in lung cancer.

A leucemia mielóide crônica (LMC) é uma doença mieloproliferativa clonal caracterizada pela presença do cromossomo Philadelphia e o oncogene BCR-ABL1. Este oncogene codifica a oncoproteína Bcr-Abl com atividade tirosina-quinase constitutiva. A proteína Bcr-Abl é responsável pela resistência das células leucêmicas a apoptose. Atualmente, os pacientes com LMC são tratados com os inibidores de tirosina-quinase - mesilato de imatinibe, dasatinibe e nilotinibe. Apesar de o tratamento ser eficiente, pacientes em fases avançadas e mesmo na fase crônica da doença, apresentam resistência à terapia. Desta forma, novos fármacos devem ser investigados para melhorar o tratamento da LMC. As L-aminoácido oxidases (LAAOs) têm sido descritas como substâncias citotóxicas e indutoras de apoptose. Assim, o principal objetivo do presente estudo foi investigar o potencial antitumoral da LAAO isolada da serpente Calloselasma rhodostoma (CR-LAAO) nas células Bcr-Abl positivas. Avaliou-se a citotoxicidade da CR-LAAO nas linhagens HL-60 (linhagem Bcr-Abl negativa), HL-60.Bcr-Abl, K562 e KCL22 (linhagens Bcr-Abl positivas) e nas células mononucleares (MNC) de sangue periférico de indivíduos saudáveis, na presença ou ausência da catalase. Para investigar os mecanismos da ação citotóxica da CR-LAAO, realizou-se os ensaios de indução de apoptose por meio da quantificação das percentagens de núcleos hipodiplóides e anexina V-FITC, nas linhagens celulares e nas células MNC de indivíduos saudáveis e pacientes com LMC. Avaliou-se também os níveis de expressão das caspases 3, 8 e 9, o potencial de membrana mitocondrial, danos no DNA e o efeito apoptótico da toxina combinada com os inibidores de tirosina-quinase nas linhagens Bcr-Abl positivas. Além disso, investigamos se a CR-LAAO foi capaz de modular a expressão dos apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-145, miR-26a, hsa-let-7d, miR-142-3p, miR-29c, miR-146a, miR-21, miR-130a e miR-130b, assim como das proteínas pro- e anti-apoptóticas Bak, Bax, Bid, Bim, A1, Bcl-2, c-Flip, Ciap-2 e Mcl-1 nas linhagens Bcr-Abl positivas. Nossos resultados mostraram que o efeito citotóxico da CR-LAAO foi mais potente nas linhagens Bcr-Abl positivas em relação às células MNC de indivíduos saudáveis, e está associado ao peróxido de hidrogênio produzido durante a reação enzimática da CR-LAAO. Demonstrou-se também que a CR-LAAO induziu apoptose nas linhagens Bcr-Abl postivas testadas e nas células MNC de pacientes com LMC na fase crônica da doença. Em todas as linhagens celulares detectou-se danos no DNA, perda do potencial de membrana e ativação das caspases 3, 8 e 9. A percentagem de apoptose aumentou quando as células HL-60.Bcr-Abl foram tratadas com a CR-LAAO combinada com os inibidores de tirosina-quinase. A CR-LAAO modulou a expressão dos apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-145, miR-26a, hsa-let-7d, miR-142-3p, miR-29c, miR-21, miR-130a e miR-130b e de possíveis proteínas alvos nas linhagens Bcr-Abl positivas. Sendo assim, os resultados obtidos sugerem que a CR-LAAO apresenta uma ação antitumoral capaz de destruir as células leucêmicas / Chronic myeloid leukemia (CML) is a clonal myeloproliferative disease characterized by the presence of Philadelphia chromosome and BCR-ABL1 oncogene. This oncogene encodes the Bcr-Abl tyrosine kinase (TK) which presents a constitutive activity. The Bcr-Abl is responsible for leukemic cells resistance to apoptosis. The CML patients are currently treated with tyrosine kinase inhibitors (TKI) - imatinib mesylate, dasatinib and nilotinib. Although TKI are efficient for CML treatment, patients in advanced phases and even in chronic phase of the disease present resistance to therapy. Thus, potential new drugs must be investigated to improve the CML treatment. The L-amino acid oxidases (LAAOs) have been described as cytotoxic and apoptosis-inducing substances. Here, we investigated the LAAO from Calloselasma rhodostoma (CR-LAAO) antitumoral potential against Bcr-Abl positive cells. We evaluated the CR-LAAO cytotoxic effect against HL-60 (Bcr-Abl negative cell line), HL-60.Bcr-Abl, K562, KCL22 (Bcr-Abl positive cell lines) and the peripheral blood mononuclear cells (PBMC) from healthy subjects, in the presence or absence of catalase. To investigate the mechanisms underlying the CR-LAAO cytotoxic action, we performed the apoptosis induction assays through the hypodiploid nuclei and annexin-V quantification in the cell lines and PBMC from healthy subjects and CML patients. We also evaluated the levels of caspases 3, 8 and 9 expression, the mitochondrial membrane potential, DNA damage and the apoptotic effect of CR-LAAO combined with TKI on Bcr-Abl positive cells. In addition we investigated if CR-LAAO was capable of modulating the apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-29c, hsa-let-7d, miR-145, miR-146a, miR-21, miR-130a, miR-130b, miR-142-3p and miR-26a, the pro- and anti-apoptotic proteins (Bak, Bax, Bid, Bim, A1, Bcl-2, c-Flip, Ciap-2 and Mcl-1 expression in HL-60, HL-60.Bcr-Abl, K562 and KCL22 cells. Our results showed that the CR-LAAO cytotoxic effect was more potent in Bcr-Abl positive cell lines than in PBMC from healthy subjects and it is linked to hydrogen peroxide produced during the enzymatic action of CR-LAAO. It was also demonstrated that CR-LAAO was capable of inducing apoptosis in Bcr-Abl positive cell lines and CML patient\'s cells in chronic phase of the disease. In all tested cell lines, the loss of mitochondrial membrane potential, DNA damage and caspases 3, 8 and 9 activation were detected. The apoptosis percentage was improved when HL-60.Bcr-Abl cells were treated with CR-LAAO combined with TKI. The CR-LAAO modulated the apoptomiRs miR-15a, miR-16, miR-145, miR-26a, hsa-let-7d, miR-142-3p, miR-29c, miR-21, miR-130a and miR-130b expression as well the predict target proteins levels on Bcr-Abl positive cells. Thus, our results suggest that CR-LAAO presents an antitumoral action capable of destroying the CML cells.

As leucemias cromossomo Ph-positivas estão intimamente associadas à expressão da tirosina-quinase Bcr-Abl. Esta oncoproteína promove independência de fatores de crescimento, alterações na adesão e inibição da apoptose por mecanismos ainda não totalmente elucidados. O objetivo desse estudo foi avaliar a contribuição da atividade quinase de Bcr-Abl para seu potencial anti-apoptótico e identificar alterações moleculares envolvidas na transformação celular induzida por essa proteína. Nossos resultados sugerem que a resistência à apoptose não depende da manutenção constante da atividade tirosina-quinase de Bcr-Abl, tampouco da presença de proteínas fosforiladas em tirosina. A comparação do proteoma de células HL-60.vetor e HL-60.Bcr-Abl revelou que a presença de Bcr-Abl causa alterações profundas no padrão de expressão protéica. As proteínas afetadas estão associadas a diversos processos celulares, como adesão, transdução de sinais, proliferação e morte celular. Esses achados devem contribuir para a identificação de novos marcadores de prognóstico e alvos terapêuticos. / Ph chromosome-positive leukemias are closely associated with the expression of Bcr-Abl tyrosine kinase. This oncoprotein promotes growth factor independence, alters cell adhesion and confers resistance to apoptosis by mechanisms that are not fully understood. The aim of this study was to evaluate the contribution of Bcr-Abl kinase activity for its antiapoptotic potential and identify molecular alterations involved in Bcr-Abl-induced cell malignant transformation. Our results suggest that Bcr-Abl is not required to be constantly active to maintain the resistance to apoptosis and pY-containing proteins may not be responsible for the antiapoptotic effect of Bcr-Abl. The comparison between the proteome of HL-60.vector and HL-60.Bcr-Abl cells revealed that the presence of Bcr-Abl alters the expression of a great variety of proteins. The affected molecules are associated with several cellular processes, including cell adhesion, signal transduction, proliferation and cell death. Our findings might help the identification of new prognostic markers and therapeutic targets.