The objective of this study is to investigate the effect of polymorphism of the FGF2 gene locus at the milk yield and fertility of Holstein cows. Review contains information about milk yield and reproductive performance of Holstein cows and point out the problem with decreasing fertility of high-producing dairy cows. The second part of review contains information about FGF family, its characterization and its effect of production traits and reproductive traits in Holstein cows. FGF2 was chosen for this study because it is a member of the placental lactogen pathway and interferon- and which means that, FGF2 is included in initiation and maintaining of pregnancy in ruminants and therefore is possible to expect an effect on FGF2 on the milk traits and reproductive traits of cattle. The experimental part of the work deals with the genotyping of 150 bulls of Holstein breed. Genotyping was performed by PCR-RFLP method. Data was obtained and statistically evaluated. No significant effect of SNP11464 FGF2 polymorphism was found with association to milk production of Holstein breed. However, a significant effect of SNP11464 was found in regards to fertility with association to fertility of cows and breeding cattle of the Holstein breed line NXA. This effect was not significant in heifers of both lines and fertility of cows and breading cows in line NEA. SNP11646 FGF2 gene might be useful as a criterion in gene-assisted selection to increase the fertility of Holstein dairy cows but prior to its introduction as a selection criteria in the breeding programme a further investigation of possible effect on fertility is necessary.

Mutações com ganho de função do proto-oncogene Ras se encontram entre umas das mais freqüentes modificações em cânceres humanos, além disso, tumores com esses caracterísitcas possuem, em geral, mau prognóstico. O objetivo inicial desta tese foi estudar novos mecanismos anti-proliferativos disparados por dois agentesmitogênicos, FGF2 (\"Fibroblast Growth Factor 2\") e PMA (\"Phorbol-12-Myristate-13-Acetate\", (um diéster de forbol), sobre células de camundongos transformadas por Ras e refratárias a apoptose. Para isso utilizamos duas linhagens celulares: uma linhagem naturalmente trtansformada por uma ampliação do gene K-Ras, que é derivada de um tumor de córtex adreno-cortical de camundongo e é denominada Y1, e uma sublinhagem derivada de Balb/c-3T3, transformada em laboratório com o oncogene H-RasV12 humano. A fim de se elucidar o mecanismo de ação de FGF2, foram selecionadas e caracterizadas múltiplas sublinhagens clonais resistentes a FGF2, derivadas das linhagens parentais Y1 e B61. Mostramos assim, que o FGF2 exerce um forte efeito negativo, de forma que os clones resistentes ao mesmo tendem a perder aos altos níveis de expressão da proteína Ras. Mostramos ainda que esses células passam a ser dependentes de FGF2 para crescer em cultura, perdem a capacidade de crescimento em suspensão e são menos tumorigênicas quando comparadas às células parentais. Em uma segunda etapa, caracterizamos o efeito citotóxico de PMA sobre células transformadas por Ras, e vimos que esse efeito é mais acentuado para células transformadas por K-Ras, mas é nulo sobre células imortalizadas não tumorigênicas. Mostramos ainda que esse efeito passa pela ativação da via de PKC. A inibição da proliferação por PMA se deve, ao menos parcialmente, à indução de senescência nessas células. De forma semelhante ao que foi para o estudo com FGF2, foram selecionados clones resistentes a PMA, derivados de Y1. Os clones obtidos se mostraram muito instáveis, pouco resistentes a PMA e dependentes de FGF2 para crescer. Todos os clones testados se mostram tumorigênicos, entretanto, apresentaram maior tempo de latência, estaticamente diferente da célula parental, Y1. Assim, neste trabalho, mostramos que duas substâncias, com caráter mitogênico e potencialmente oncogênico, são capazes de inibir seletivamente a proliferação de células transformadas por Ras, uma vez que elas não têm efeito sobre células não transformadas. Desvendar os mecanismos que causam a citotoxidade dessas substâncias deve trazer informações relevantes com possibilidades de impacto em terapia de tumores dependentes dos oncogenes Ras. / Amplification and gain of function mutations in ras proto-oncogenes are frequent genetic lesions in human cancers of bad prognostic. This thesis aimed to investigate novel anti-proliferative mechanisms induced by two mitogens, FGF2 (\"Fibroblast Growth Factor 2\") and PMA (\"Phorbol-12-Myristate-13-Acetate\", a phorbol diester), in murine cell lines transformed by ras and resistant to apoptosis. To this end, we took two different mouse malignant cell lines: Y1, a cell line derived from an adrenal tumor, naturally transformed by K-ras amplification and another one, 3T3-B61, obtained by transformation of Balb-3T3 fibroblasts with the H-rasV12 oncogene. To elucidate FGF2 mechanisms of action, we selected, isolated and characterized clonal sublines resistant to FGF2 from both Y1 and 3T3-B61 parental lines. FGF2-resistant clones are rare normal-like revertant sublines that no longer display Ras over expression, dependent on FGF2 for growth, do not grow in suspension cultures and exhibit low tumorigenicity in Nude mice. These results show that FGF2 exerts a strong selective pressure against ras-transformed cells, inducing senescence and irreversibly blocking proliferation. Differently from FGF2 , PMA citotoxic effect is completely dependent on PKC activity. In addition, PMA is highly toxic to K-Ras transformed Y1 cells, poorly toxic to H-Ras-transformed 3T3-B61 cells and not toxic to immortalized non tumorigenic cell lines. Attempts to select PMA-resistant cells fropm Y1 parental line have yielded very rare, highly clonal sublines, dependent on FGF2 for proliferation. In conclusion, two mitogens, FGF2 and PMA, can selectively inhibit Ras-driven proliferation, a phenomenon of great interest for biology and therapy of tumors dependent on ras oncogenes.

FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2) é o membro fundador de uma grande família de fatores de crescimento protéicos. Sua atividade se dá através da ligação e ativação de receptores específicos de membrana (FGFRs) com atividade de tirosina quinase. No organismo adulto, a sinalização de FGF2 está envolvida na indução de processos de sobrevivência, proliferação e diferenciação celular; além de cicatrização e angiogênese. Por atuar como um clássico fator de crescimento, a atividade de FGF2 está freqüentemente implicada em mecanismos pró-tumorais. Entretanto, alguns grupos, incluindo o nosso, têm reportado que FGF2 também pode apresentar efeitos antiproliferativos a até citotóxicos seletivamente em células malignas. Em 2008, publicamos um compreensivo relato mostrando que FGF2 bloqueia irreversivelmente a proliferação de linhagens murinas malignas dependentes de Ras. Alterações que levem a atividade aumentada de proteínas Ras estão presentes em diversos cânceres humanos e, freqüentemente, resultando em problemas no tratamento e prognóstico ruim. No presente trabalho, utilizamos principalmente a linhagem murina maligna dependente de Ras Y1 D1G, que apresenta um controle estrito de quiescência/proliferação em função da presença de soro; e é por isso mesmo um bom modelo para a análise dos efeitos de FGF2 sobre o ciclo celular. Análises por citometria de fluxo mostraram que, nessas células, apesar de disparar a transição G0→G1→S, FGF2 provoca um atraso na fase S seguido de um bloqueio do ciclo em G2. Embora bloqueie a progressão no ciclo (proliferação), FGF2 induz em Y1 D1G o crescimento celular em termos de massa e volume. Assim, nessas células FGF2 \"desconecta\" crescimento celular de proliferação. Esse desarranjo do ciclo celular provocado por FGF2 nas células Y1 D1G tem como resultado a instabilidade genotípica e morte celular; evidenciada pela perda da integridade de membrana plasmática e altas taxas de fragmentação de DNA observadas após o estímulo por esse fator. Esse efeito tóxico de FGF2 depende da atividade da proteína Src; porque a inibição química dessa proteína apresentou proteção total frente aos efeitos tóxicos de FGF2. Análises por espectrometria de massas mostraram que FGF2 induz aumento dos níveis de proteínas relacionadas à síntese protéica, e também de proteínas relacionadas ao estresse proteotóxico. Sabe-se que células malignas lidam com níveis basais altos de diferentes tipos de estresse; incluindo o estresse proteotóxico. Esse quadro mostra que o efeito tóxico disparado por FGF2 em Y1 D1G está relacionado a um acumulo de proteínas/célula, perda da homeostase de proteínas e estresse proteotóxico. Corrobora essas proposições o fato de que a inibição química de Src, que protege totalmente as células do efeito tóxico de FGF2, impede completamente o acúmulo de proteínas/célula. Além disso, em células Y1 D1G resistentes ao efeito tóxico de FGF2, e que inclusive dependem deste para proliferar em cultura, a atividade de FGF2 tem efeito oposto; ou seja, provoca diminuição dos níveis estacionários de proteínas/célula. Juntos, esses resultados demonstram que FGF2 é capaz de atacar uma vulnerabilidade de células malignas dependentes de Ras; e no caso estudado, essa vulnerabilidade decorre do desequilíbrio na homeostase de proteínas. / FGF2 is the first member of a large family of peptide growth factors. It binds and activates specific membrane receptors (FGFRs) belonging to a family of tyrosine kinase receptors (RTK). In adult organisms, FGF2 signaling is involved in the induction of cell surveillance, proliferation and differentiation; and also wound healing and angiogenesis. FGF2 is a bona fide growth factor and, as such, it is often implicated in pro-tumor mechanisms. However, several groups, including ours, have reported that FGF2 can also display antiproliferative and even cytotoxic effects selectively in malignant cells. In 2008, we fully reported that FGF2 irreversibly blocks the proliferation of Ras-driven mouse malignant lineages. Alterations leading to Ras proteins overactivity are present in many human cancers frequently with bad prognosis. In the present work, we used mainly the Ras-driven mouse malignant lineage Y1 D1G that shows a strict control of quiescence/proliferation by serum factors, making it a great model to analyze the FGF2 effects upon cell cycle control. Flow cytometry analyses showed that in these cells, in spite of triggering G0→G1→S transition, FGF2 causes a delay on S phase followed by cell cycle arrest in G2. Despite blocking cell division, FGF2 induces cell growth in terms of mass and volume. Therefore, in these cells FGF2 \"disconnects\" cell growth from proliferation. This malfunction of cell cycle control caused by FGF2 on Y1 D1G cells leads to genotypic instability and cell death, highlighted by loss of plasma membrane integrity and high rates of DNA fragmentation. This FGF2 toxic effect depends on the activity of Src protein, because Src chemical inhibition completely protects cells from the FGF2 toxic effects. Mass spec analyses showed that FGF2 increases the levels of proteins involved in the protein synthesis machinery, and also of proteins active in proteostasis, indicating proteotoxic stress. It is known that malignant cells deal with high basal levels of different stresses, including the proteotoxic stress. This picture shows that the toxic effects triggered by FGF2 in Y1 D1G involve accumulation of proteins/cell, loss of protein homeostasis and proteotoxic stress. Corroborating these propositions, chemical inhibition of Src, which completely protects the cells from FGF2 toxic effects, totally abrogates the accumulation of proteins/cell. Moreover, in FGF2-resistant Y1 D1G cells, which depend on this factor for proliferation, FGF2 shows the opposite effect, causing decrease in steady state levels of protein/cell. Altogether, these results show that FGF2 causes a severe proteostasis imbalance in these Ras-driven mouse malignant cells.

La dédifférentiation du chondrocyte peut être provoquée par le stress mécanique ou cytokinique ainsi que la diffusion des facteurs de croissance dans le cartilage. C’est un élément-clé de la dégradation irréversible qui accompagne l’arthrose (ostéoarthritis, OA). Notre but est de rechercher des mécanismes moléculaires susceptibles d’être des cibles thérapeutiques originales contre cette affection. Or, il a été montré récemment que la voie des récepteurs Notch est fortement exprimée dans l’OA humaine. Objectifs: Etudier le rôle de la voie de signalisation Notch /Hes1/Hey1 dans les effets de l’Interleukine-1 β (IL-1β) et du FGF2 sur la dédifférenciation in-vitro des chondrocytes. Méthodes: Des chondrocytes de cartilage articulaire humain ou murin sont mis en culture primaire, puis traités par IL-1β ou FGF2. L’expression de Notch1-R/Hes1/Hey1 est étudiée par immunocytochimie, immunoblot et q-RT-PCR. L’implication de Hes1 dans les effets de l'IL-1β et du FGF2 a été étudiée au moyen d’un siRNA spécifique anti Hes1. Résultats: En normoxie, le marquage de Notch-R1 est localisé à la membrane et dans le cytoplasme des chondrocytes, sans effet des effecteurs. Notch1-R est en revanche nucléaire en hypoxie. L’hypothèse d’un contrôle de la localisation de Notch1-R par la pO2 est confortée par l’inhibition de l’expression de la Préséniline (γ-secrétase) en hypoxie. L’étude des effets des effecteurs sur Hes1 et Hey1 a été réalisée dans les conditions classiques de culture en normoxie. Hes1 est cytoplasmique mais passe dans le noyau sous l’effet de l’IL1β ou de FGF2, suggérant la possibilité d’effets transcriptionnels. Les ARNm de Hes1 sont augmentés d’un facteur de 2,5 avec l’IL-1β et de 7-8 avec le FGF2. Hey1 est insensible à l’IL-1β mais augmente de 4-5 fois sous FGF2. Ces effets sont transcriptionnels directement pour Hes1 (DRB-) et indirectement pour Hey1 (DRB+). Ils passent par la voie NF-κB pour les deux facteurs mais en plus par p38 MAP pour le FGF2. L’induction de Hes1 est insensible au DAPT, inhibiteur de la γ-sécrétase, donc indépendant d’une activation de novo du Notch-R1. L’utilisation d’un siRNA spécifique contre Hes1 montre que l’induction de Hey1 par FGF2 dépend de Hes1 et permet de vérifier l’influence de Hes1 dans la modulation des marqueurs phénotypiques. Hes1 est impliqué dans l’induction par IL-1β de l’expression de MMP13 et ADMTS-5. Hes1 est aussi le médiateur de l’induction par le FGF2 des messagers de la MMP13 (en partie) et de l’isomère Col2A. La protéine Col2A immature est normalement absente du cartilage de souris post-natale, où Col2B est l’isoforme essentielle du collagène de type 2. A l’inverse, le cartilage de souris vieillissante réexprime Col2A, comme cela a été montré dans le cartilage arthrosique chez l’homme. Conclusion: Hes1 est le médiateur des effets d’IL-1β et du FGF2 sur la dédifférentiation in-vitro des chondrocytes (Col2A, MMP13). La voie de Hes1 apparaît donc comme une cible valide pour de nouvelles thérapeutiques contre la dégradation chondrocytaire et donc les maladies dégénératives du cartilage. / Chondrocyte dedifferentiation is a key element of irreversible cartilage degradation induced by mechanical or cytokinic stress, or growth factors, as in degenerative osteoarthritis (OA). Our goal is to search for new therapeutical targets within this process, and Notch signaling has been reported to be strongly expressed during human OA. Objectives: To investigate the involvement of the Notch1/Hes1/Hey1 pathway as mediators of interleukin 1 β (IL-1β) and FGF2 in chondrocytes in vitro. Methods: Mouse or human articular chondrocytes were established in primary culture then challenged with IL-1β or FGF2. Notch-R1, Hes1/Hey1 and chondrogenic target genes expression was monitored by immunocytochemistry, q-rt-PCR, and immunoblotting. Hes1 involvement in IL-1β/FGF2 induced gene expression was investigated with a specific siRNA against Hes1. Results: In normoxia, Notch1-R labeling remained nuclear and stable in intensity in chondrocytes, irrespective of treatment. This suggested steady-state activation of this pathway. In contrast, Notch1-R labeling was located almost exclusively at the membrane or cytoplasm of chondrocytes in hypoxia, irrespective of treatment. Notch-R1 activation may thus be, at least in part, regulated by pO2 as supported by the inhibition of γ-secretase (Presenilin1) expression in hypoxia versus normoxia. In normoxia, addition of IL1β or FGF2 to the cells induced Hes1 translocation to the nucleus, suggesting the possibility of transcriptional effects. This was associated with a transient increase of Hes1 mRNA cyclic expression with mechanistic differences between the two effectors. Hes1 mRNA was increased 2.5-fold by IL-1β and 7-8-fold by FGF2. IL-1β elicited a loss of cyclicity in Hes1 expression while FGF2 conserved the cycles, akin to the effect of serum. These effects were transcriptional and occurred through NF-κB for both effectors but only through the p38 pathway for FGF2. Hey1 expression was not modified by IL-1β, while a 4-5 fold transient increase was observed with FGF2, always posterior to the Hes1 peak. Hey induction by FGF2 was transcriptional and depended on Hes1 expression (DRB). Hes1/ Hey inductions by IL-1β or FGF2 were insensitive to DAPT, a γ-secretase inhibitor, confirming the independence from novel activation of Notch-R. Hes1 expression was silenced by a specific siRNA, showing that the FGF2-induced Hey1 expression is under Hes1 control and ascertaining the role of Hes1 in chondrocyte phenotype modulations. Hes1 mediated IL-1β induction of MMP-13 and ADAMTS-5. Hes1 also mediated FGF2 up-regulation of MMP13 (partly) and Col2A isomer expression. Col2A is normally absent in post-natal mice cartilage, Col2B being the essential isoform of Type 2 collagen. Conversely, aging mice cartilage re-expresses Col2A abundantly as shown for human OA cartilage. Conclusion: Hes1 mediates IL-1β and FGF2 modulations of dedifferentiating chondrocyte phenotype (MMP13, Col2A). Thus the Hes1 pathway appears a valid target for therapeutical research on chondrocytes dedifferentiation, hence degradative cartilage diseases.

Um passo limitante no desenvolvimento de fármacos para terapias do câncer está na descoberta de vulnerabilidades específicas de células tumorais que sirvam à identificação de alvos moleculares apropriados à intervenção farmacológica. Esta é a motivação central desta tese, cuja abordagem experimental focaliza a ação oncogênica das proteínas Ras. Amplificação ou mutação ativadora nos proto-oncogenes ras estão entre as alterações genéticas mais frequentes em cânceres. Essas lesões genéticas aparecem na origem etiológica de múltiplas formas de fenótipos malignos. Mas, essas lesões oncogênicas também conferem susceptibilidades letais às células malignamente transformadas frente a determinados agentes que não interferem significativamente nas funções vitais de células normais. Nos últimos anos nosso laboratório vem estudando os mecanismos moleculares da ação antiproliferativa do fator de crescimento FGF2 (Fibroblast Growth Factor2) e do éster de forbol PMA (Phorbol-12-Myristate-13-Acetate) em linhagens de células murinas malignas dependentes de ras oncogênico. Nesta tese investigamos quanto de nossas observações anteriores com células murinas são aplicáveis a células humanas. Nesse sentido focalizamos a linhagem HaCaT de queratinócitos humanos imortalizados e seus subclones malignizados por expressão ectópica de H-RasV12; além disso, numa triagem inicial também examinamos treze linhagens celulares humanas derivadas de tumores naturais portadores de mutação ativadora em H-Ras, N-Ras ou K-Ras. Nossos resultados mostram que os queratinócitos da linhagem parental HaCaT expressam receptores de FGFs e respondem mitogenicamente tanto a FGF2 como a PMA; portanto, ambos FGF2 e PMA são benéficos aos queratinócitos HaCaT. Por outro lado, o FGF2 mostrou-se citotóxico para subclones HaCaT que expressam H-RasV12 induzível, mas sublinhagens HaCaT com expressão constitutiva de H-RasV12 mostraram-se resistentes à ação citotóxica de FGF2. Diferentemente de FGF2, PMA bloqueou a proliferação de sublinhagens clonais HaCaT-H-RasV12 em ambos substrato sólido e suspensão de agarose e, também, reduziu a estratificação dos queratinócitos HaCaT-H-RasV12 em culturas organotípicas. PMA foi citotóxico e não citostático, pois induziu morte apoptótica sem causar arresto em nenhuma fase específica do ciclo celular. Em HaCaT parental, PMA induziu aumento transitório dos níveis intracelulares de espécies reativas de oxigênio (ROS), mas nos queratinócitos HaCaT-H-RasV12, PMA causou aumentos mais altos e persistentes de ROS, o que promove forte estresse oxidativo, provavelmente responsável pela toxidez deste ester de forbol. Entre as treze linhagens celulares humanas malignas com H-Ras, N-Ras ou K-Ras mutados, onze foram vulneráveis à ação citotóxica de PMA; mas apenas uma delas, a linhagem de tumor urotelial UM-UC-3, foi sensível ao efeito anti-proliferativo de FGF2. Em conclusão, células malignas humanas com Ras mutado parecem superar rapidamente uma possível toxidez de FGF2, mas não ultrapassam a toxidez causada por PMA. / A challenge in drug development for cancer therapy is the discovering of molecular targets suitable for pharmacological interference. This challenge was the main motivation of the present thesis. Amplification or activating mutation in ras proto-oncogenes are among the most frequent genetic lesions in human cancer. Actually, mutated Ras onco-proteins are in the etiological roots of multiple malignant phenotypes; however these onco-proteins also cause specific lethal vulnerabilities even in robust malignant cells. Recently, our laboratory reported that malignant murine cell lines dependent on oncogenic Ras are prone to toxicity initiated by FGF2 (Fibroblast Growth Factor 2) and PMA (Phorbol-12-Myristate-13-Acetate), which are not harmful to normal cells. This cytotoxicity of FGF2 and PMA very likely follows different molecular mechanisms, which, however, are not yet completely understood. The aim of this thesis was to investigate whether these vulnerabilities found in murine malignant cells were also valid for human malignant cell lines dependent on oncogenic Ras. To this end the experimental approach was focused on the HaCaT cell line of immortalized human keratinocytes and its sublines transformed by H-RasV12 ectopic expression. In addition thirteen human cell lines derived from natural tumor carrying mutated H-Ras, N-Ras or K-Ras oncogenes were also screened. The results showed that HaCaT keratinocytes express FGF receptors and respond mitogenically to both FGF2 and PMA. On the other hand, FGF2 was cytotoxic to HaCaT subclones expressing inducible H-RasV12. But, HaCaT sublines constitutively expressing H-RasV12 were resistant to FGF2 toxicity. However, PMA was toxic to all HaCaT-H-RasV12 sublines, inhibiting proliferation in both solid substrate and agarose suspension cultures and, also reducing stratification in organotypic cultures. Furthermore, in HaCaT-H-RasV12 sublines, but not in the parental HaCaT line, PMA caused a persistently high increase in intracellular levels of reactive oxygen species (ROS) and concomitantly induced apoptosis. Moreover, eleven of the thirteen human tumor cell lines with mutated H-Ras, N-Ras or K-Ras, were growth inhibited by PMA, whereas only one of them was inhibited by FGF2, the urothelial tumor cell line UM-UC-3. In conclusion, human malignant cells driven by Ras oncogenes very likely rapidly overcome FGF2 toxicity, whereas they remain stably vulnerable to PMA cytotoxicity.

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Sabe-se há décadas que mutações nos genes ras estão presentes em cerca de 20% dos cânceres humanos, mas o desenvolvimento de terapias eficazes para o tratamento de câncer dependente dos oncogenes ras permanece um desafio científico importante. Nesse contexto, o nosso grupo publicou recentemente resultados interessantes mostrando que FGF2 exógeno ou PMA, contrariamente à expectativa geral, inibem a proliferação de células de camundongo malignas dependentes dos oncogenes H- ou K-Ras. Para dar continuidade a estes estudos o projeto desta tese foi planejado para investigar os mecanismos subjacentes a possíveis efeitos citotóxicos de FGF2 e PMA em células humanas transformadas por ras. Para esse fim, a linhagem humana imortalizada HEK 293 foi condicionalmente transformada pela expressão ectópica da construção quimérica de DNA ER:H-rasV12, que codifica a oncoproteína de fusão ER:H-RasV12, cuja atividade é induzível por 4-hidroxi-tamoxifen (4OHT). Essa abordagem nos permitiu verificar os efeitos de FGF2 e PMA em sublinhagens HEK/ER:HrasV12 fenotipicamente \"normais\" ou transformadas por níveis crescentes da oncoproteína H-RasV12. Os principais resultados mostraram que tanto FGF2 como PMA tem efeito dual promovendo ou inibindo a proliferação das células transformadas em função da concentração intracelular crescente de H-RasV12. Ensaios de crescimento de colônias em suspensão de agarose mostraram que: a) as células parentais HEK293 não desenvolveram colônias mesmo quando tratadas com FGF2 ou PMA, resultados que estão de acordo com seu fenótipo não tumoral; b) mas, as sublinhagens HEK/ER:HrasV12 deram origem a colônias mesmo quando tratadas com concentrações pequenas de 4OHT, que condicionaram níveis intracelulares baixos de ER:HRasV12; nestas condições experimentais, FGF2 foi um forte promotor do crescimento de colônias, condizente com sua reconhecida atividade promotora do crescimento de células tumorais em suspensão; ainda nestas condições, PMA não teve efeito significante sobre o crescimento de colônias; c) coerentemente, concentrações elevadas de 4-OHT levaram aos níveis intracelulares mais altos de ER:HRasV12 e, por conseguinte, a desenvolvimento máximo de colônias de células HEK/ER:HrasV12, no entanto, nestas condições, ambos FGF2 e PMA inibiram completamente o crescimento de colônias. Por outro lado, transformação de HEK293 com um vetor de expressão constitutiva de HrasV12 levou à seleção e isolamento das sublinhagens tumorais HEK/HrasV12, cujo fenótipo se caracterizou por: a) nenhum efeito de FGF2 sobre a sua proliferação e b) forte inibição de sua proliferação por PMA. A ação citotóxica de PMA exclusivamente observada em células HEK 293 transformadas por H-rasV12 se caracterizou por: a) total dependência de PKC, provavelmente mediada pela ativação proteolítica específica de PKC δ; b) envolvimento de níveis elevados e sustentados de ROS com disparo tardio de apoptose. / It is known for nearly 20 years that mutated ras oncogenes are found in 20% of human malignancies, however efficacious therapies are not yet available for Ras-driven cancer. Along of these lines, our group recently published provocative results showing, against common belief, that FGF2 and PMA inhibited proliferation of Ras-dependent malignant mouse cells. Aiming to gain insight into this intriguing phenomenon, the present thesis project was planned to investigate the possible cytotoxicity of FGF2 and PMA in human Ras-driven malignant cells. To this end an immortalized non-tumorigenic human cell line (HEK293) was stably transformed with the DNA construction ER:H-rasV12, which encodes the fusion protein ER:H-RasV12, whose activity requires activation by 4-hidroxitamoxifen (4-OHT). This approach allowed us to evaluate FGF2 and PMA effects on HEK/ER:HrasV12 sublines under switching from \"normal\" to transformed phenotypes upon 4-OHT induction. Our main results have shown that both FGF2 and PMA displayed dual effects promoting or inhibiting proliferation of HEK/ER:HrasV12 cells in function of ER:HRasV12 intracellular levels. Clonogenic assays in agarose suspension have shown: a) parental HEK293 line did not develop colonies under FGF2 and PMA treatment or not, in agreement with its non-tumorigenic nature; b) however, HEK/ER:HrasV12 sublines developed colonies even under low 4-OHT concentrations, which led to low ER:HRasV12 intracellular levels; under these conditions FGF2 strongly promoted colony growth and PMA had no effect; c) furthermore, in HEK/ER:HrasV12 sublines, elevated 4-OHT concentrations led to high ER:HRasV12 intracellular levels and maximal colony growth; but, under these experimental conditions both FGF2 and PMA abolished colony growth. On the other hand, HEK293 transformation with a vector that constitutively express HrasV12 yielded HEK/ER:HrasV12 sublines displaying the following phenotypic traits: a) non FGF2 effects on proliferation and b) severe proliferation inhibition by PMA. PMA toxicity, exclusively observed in HrasV12 -transformed HEK293 cells, was characterized by: a) total dependency on PKC, likely mediated by specific proteolytic activation of PKCδ; b) involvement of high and sustained ROS levels correlated with late apoptosis triggering.

ACTH é o hormônio trófico que estimula a esteroidogênese, promove o crescimento e a manutenção do córtex adrenal. Porém, em linhagens adrenocorticais, assim como em culturas primárias, ACTH inibe a proliferação celular. A linhagem Y-1 de células adrenocorticais de camundongo tem as seguintes respostas a ACTH: aumento da esteroidogênese, arredondamento celular, bloqueio do ciclo celular em G1 e indução dos proto-oncogenes fos e jun. Esta linhagem também responde muito Sem a FGF2, um protótipo da família dos FGFs (Fibroblast Growth Factors) que regula diferenciação e proliferação de diversos tipos celulares, sendo estimulada a transitar pelas fases G0→G1→S do ciclo celular. ACTH antagoniza este efeito de FGF2, inibindo parcialmente a entrada em S induzida por FGF2. Este projeto buscou compreender o papel de c-Myc no controle do ciclo celular de Y-1, com ênfase nos efeitos de ACTH e FGF2 na expressão e atividade de c-Myc. Mostramos que os dois principais controles da expressão de c-Myc em Y-1 são transcrição e degradação da proteína, sendo a concentração de c-Myc o único controle sobre o sistema Myc/Max/Mad, uma vez que a expressão de Max e de Mad-1 , Mad-4 e Mxi é constitutiva em células Y-1. FGF2 induz a expressão de c-Myc através da indução da transcrição e aumento da estabilidade da proteína de forma totalmente dependente da via de Erk-MAPK. ACTH, por outro lado, não interfere com a transcrição de c-myc, mas promove fortemente a degradação da proteína, dependentemente da via de PKA. Utilizando um sistema de transfecção transiente, transfectamos uma quimera da proteína c-Myc com o receptor de estrógeno, MycER. Quando ativada por tamoxifen, a quimera migra para o núcleo e reverte a ação anti-mitogênica de ACTH sobre FGF2, porém, não tem efeito sobre células carenciadas tratadas ou não com ACTH apenas. Em conclusão, o antagonismo entre ACTH e FGF2 no controle da transição G0→G1→S do ciclo celular de Y-1 pode ser explicado pelas suas ações antagônicas sobre a estabilidade da proteína c-Myc. / ACTH is the trophic hormone that stimulates steroidogenesis, promotes growth and maintenance of the adrenal cortex. However, in adrenal cell lines, as well as in primary cultures, ACTH inhibits cell proliferation. ACTH effects on Y-1 cells are: increasing in steroidogenesis, cell rounding, cell cycle blocking in G1 phase and induction of fos and jun proto-oncogenes expression. Y-1 cell line displays a robust response to FGF2, a member from the FGFs family (Fibroblast Growth Factors), which regulates differentiation and proliferation in many cell types, being induced to enter G0→G1→S phases of fhe cell cycle upon FGF2 stimulation. ACTH antagonizes FGF2 effect, partially inhibiting cell cycle progression stimulated by FGF2. This project aimed to investigate c-Myc role in Y-1 cell cycle control, with emphasis on ACTH and FGF2 effects on its expression and activity control. We have shown that there are two main controls of c-Myc expression in Y-1 cells, transcription and protein stability. c-Myc concentration regulates the system Myc/Max/Mad, once Max and also Mad-1, Mad-4 and Mxi expression is constitutive in Y-1 cells. FGF2 induces c-Myc expression by increasing its transcription rate and stabilizing the protein in an Erk-MAPK pathway dependent manner. ACTH, on the other hand, does not control c-myc transcription but promotes a strong degradation of the protein through the PKA pathway. Using a transient transfection system, we were able to express MycER, a chimera of c-Myc and estrogen receptor in Y-1 cells. When activated by tamoxlfen, MycER is translocated to cell nucleus, where it abolishes the anti-mitogenic effect of ACTH over FGF2. However, it has no effect on cell cycle progression of serum starved cells treated or not with ACTH only. In conclusion, their antagonist effects on c-Myc protein stability can explain the antagonist effects of ACTH and FGF2 on the control of G0→G1→S transition of Y-1 cell cycle.

ACTH é o hormônio trófico que estimula a esteroidogênese, promove o crescimento e a manutenção do córtex adrenal. Porém, em linhagens adrenocorticais, assim como em culturas primárias, ACTH inibe a proliferação celular. A linhagem Y-1 de células adrenocorticais de camundongo tem as seguintes respostas a ACTH: aumento da esteroidogênese, arredondamento celular, bloqueio do ciclo celular em G1 e indução dos proto-oncogenes fos e jun. Esta linhagem também responde muito Sem a FGF2, um protótipo da família dos FGFs (Fibroblast Growth Factors) que regula diferenciação e proliferação de diversos tipos celulares, sendo estimulada a transitar pelas fases G0→G1→S do ciclo celular. ACTH antagoniza este efeito de FGF2, inibindo parcialmente a entrada em S induzida por FGF2. Este projeto buscou compreender o papel de c-Myc no controle do ciclo celular de Y-1, com ênfase nos efeitos de ACTH e FGF2 na expressão e atividade de c-Myc. Mostramos que os dois principais controles da expressão de c-Myc em Y-1 são transcrição e degradação da proteína, sendo a concentração de c-Myc o único controle sobre o sistema Myc/Max/Mad, uma vez que a expressão de Max e de Mad-1 , Mad-4 e Mxi é constitutiva em células Y-1. FGF2 induz a expressão de c-Myc através da indução da transcrição e aumento da estabilidade da proteína de forma totalmente dependente da via de Erk-MAPK. ACTH, por outro lado, não interfere com a transcrição de c-myc, mas promove fortemente a degradação da proteína, dependentemente da via de PKA. Utilizando um sistema de transfecção transiente, transfectamos uma quimera da proteína c-Myc com o receptor de estrógeno, MycER. Quando ativada por tamoxifen, a quimera migra para o núcleo e reverte a ação anti-mitogênica de ACTH sobre FGF2, porém, não tem efeito sobre células carenciadas tratadas ou não com ACTH apenas. Em conclusão, o antagonismo entre ACTH e FGF2 no controle da transição G0→G1→S do ciclo celular de Y-1 pode ser explicado pelas suas ações antagônicas sobre a estabilidade da proteína c-Myc. / ACTH is the trophic hormone that stimulates steroidogenesis, promotes growth and maintenance of the adrenal cortex. However, in adrenal cell lines, as well as in primary cultures, ACTH inhibits cell proliferation. ACTH effects on Y-1 cells are: increasing in steroidogenesis, cell rounding, cell cycle blocking in G1 phase and induction of fos and jun proto-oncogenes expression. Y-1 cell line displays a robust response to FGF2, a member from the FGFs family (Fibroblast Growth Factors), which regulates differentiation and proliferation in many cell types, being induced to enter G0→G1→S phases of fhe cell cycle upon FGF2 stimulation. ACTH antagonizes FGF2 effect, partially inhibiting cell cycle progression stimulated by FGF2. This project aimed to investigate c-Myc role in Y-1 cell cycle control, with emphasis on ACTH and FGF2 effects on its expression and activity control. We have shown that there are two main controls of c-Myc expression in Y-1 cells, transcription and protein stability. c-Myc concentration regulates the system Myc/Max/Mad, once Max and also Mad-1, Mad-4 and Mxi expression is constitutive in Y-1 cells. FGF2 induces c-Myc expression by increasing its transcription rate and stabilizing the protein in an Erk-MAPK pathway dependent manner. ACTH, on the other hand, does not control c-myc transcription but promotes a strong degradation of the protein through the PKA pathway. Using a transient transfection system, we were able to express MycER, a chimera of c-Myc and estrogen receptor in Y-1 cells. When activated by tamoxlfen, MycER is translocated to cell nucleus, where it abolishes the anti-mitogenic effect of ACTH over FGF2. However, it has no effect on cell cycle progression of serum starved cells treated or not with ACTH only. In conclusion, their antagonist effects on c-Myc protein stability can explain the antagonist effects of ACTH and FGF2 on the control of G0→G1→S transition of Y-1 cell cycle.

Sabe-se há décadas que mutações nos genes ras estão presentes em cerca de 20% dos cânceres humanos, mas o desenvolvimento de terapias eficazes para o tratamento de câncer dependente dos oncogenes ras permanece um desafio científico importante. Nesse contexto, o nosso grupo publicou recentemente resultados interessantes mostrando que FGF2 exógeno ou PMA, contrariamente à expectativa geral, inibem a proliferação de células de camundongo malignas dependentes dos oncogenes H- ou K-Ras. Para dar continuidade a estes estudos o projeto desta tese foi planejado para investigar os mecanismos subjacentes a possíveis efeitos citotóxicos de FGF2 e PMA em células humanas transformadas por ras. Para esse fim, a linhagem humana imortalizada HEK 293 foi condicionalmente transformada pela expressão ectópica da construção quimérica de DNA ER:H-rasV12, que codifica a oncoproteína de fusão ER:H-RasV12, cuja atividade é induzível por 4-hidroxi-tamoxifen (4OHT). Essa abordagem nos permitiu verificar os efeitos de FGF2 e PMA em sublinhagens HEK/ER:HrasV12 fenotipicamente \"normais\" ou transformadas por níveis crescentes da oncoproteína H-RasV12. Os principais resultados mostraram que tanto FGF2 como PMA tem efeito dual promovendo ou inibindo a proliferação das células transformadas em função da concentração intracelular crescente de H-RasV12. Ensaios de crescimento de colônias em suspensão de agarose mostraram que: a) as células parentais HEK293 não desenvolveram colônias mesmo quando tratadas com FGF2 ou PMA, resultados que estão de acordo com seu fenótipo não tumoral; b) mas, as sublinhagens HEK/ER:HrasV12 deram origem a colônias mesmo quando tratadas com concentrações pequenas de 4OHT, que condicionaram níveis intracelulares baixos de ER:HRasV12; nestas condições experimentais, FGF2 foi um forte promotor do crescimento de colônias, condizente com sua reconhecida atividade promotora do crescimento de células tumorais em suspensão; ainda nestas condições, PMA não teve efeito significante sobre o crescimento de colônias; c) coerentemente, concentrações elevadas de 4-OHT levaram aos níveis intracelulares mais altos de ER:HRasV12 e, por conseguinte, a desenvolvimento máximo de colônias de células HEK/ER:HrasV12, no entanto, nestas condições, ambos FGF2 e PMA inibiram completamente o crescimento de colônias. Por outro lado, transformação de HEK293 com um vetor de expressão constitutiva de HrasV12 levou à seleção e isolamento das sublinhagens tumorais HEK/HrasV12, cujo fenótipo se caracterizou por: a) nenhum efeito de FGF2 sobre a sua proliferação e b) forte inibição de sua proliferação por PMA. A ação citotóxica de PMA exclusivamente observada em células HEK 293 transformadas por H-rasV12 se caracterizou por: a) total dependência de PKC, provavelmente mediada pela ativação proteolítica específica de PKC δ; b) envolvimento de níveis elevados e sustentados de ROS com disparo tardio de apoptose. / It is known for nearly 20 years that mutated ras oncogenes are found in 20% of human malignancies, however efficacious therapies are not yet available for Ras-driven cancer. Along of these lines, our group recently published provocative results showing, against common belief, that FGF2 and PMA inhibited proliferation of Ras-dependent malignant mouse cells. Aiming to gain insight into this intriguing phenomenon, the present thesis project was planned to investigate the possible cytotoxicity of FGF2 and PMA in human Ras-driven malignant cells. To this end an immortalized non-tumorigenic human cell line (HEK293) was stably transformed with the DNA construction ER:H-rasV12, which encodes the fusion protein ER:H-RasV12, whose activity requires activation by 4-hidroxitamoxifen (4-OHT). This approach allowed us to evaluate FGF2 and PMA effects on HEK/ER:HrasV12 sublines under switching from \"normal\" to transformed phenotypes upon 4-OHT induction. Our main results have shown that both FGF2 and PMA displayed dual effects promoting or inhibiting proliferation of HEK/ER:HrasV12 cells in function of ER:HRasV12 intracellular levels. Clonogenic assays in agarose suspension have shown: a) parental HEK293 line did not develop colonies under FGF2 and PMA treatment or not, in agreement with its non-tumorigenic nature; b) however, HEK/ER:HrasV12 sublines developed colonies even under low 4-OHT concentrations, which led to low ER:HRasV12 intracellular levels; under these conditions FGF2 strongly promoted colony growth and PMA had no effect; c) furthermore, in HEK/ER:HrasV12 sublines, elevated 4-OHT concentrations led to high ER:HRasV12 intracellular levels and maximal colony growth; but, under these experimental conditions both FGF2 and PMA abolished colony growth. On the other hand, HEK293 transformation with a vector that constitutively express HrasV12 yielded HEK/ER:HrasV12 sublines displaying the following phenotypic traits: a) non FGF2 effects on proliferation and b) severe proliferation inhibition by PMA. PMA toxicity, exclusively observed in HrasV12 -transformed HEK293 cells, was characterized by: a) total dependency on PKC, likely mediated by specific proteolytic activation of PKCδ; b) involvement of high and sustained ROS levels correlated with late apoptosis triggering.