Yes / Glycogen synthase kinase-3 (GSK3) is over-expressed and hyperactivated in non-small cell lung carcinoma (NSCLC) and plays a role in ensuring the correct alignment of chromosomes on the metaphase plate during mitosis through regulation of microtubule stability. This makes the enzyme an attractive target for cancer therapy. We examined the effects of a selective cell-permeant GSK3 inhibitor (CHIR99021), used alone or in combination with paclitaxel, using an in vitro cell growth assay, a quantitative chromosome alignment assay, and a tumor xenograft model. CHIR99021 inhibits the growth of human H1975 and H1299 NSCLC cell lines in a synergistic manner with paclitaxel. CHIR99021 and paclitaxel promoted a synergistic defect in chromosomal alignment when compared to each compound administered as monotherapy. Furthermore, we corroborated our in vitro findings in a mouse tumor xenograft model. Our results demonstrate that a GSK3 inhibitor and paclitaxel act synergistically to inhibit the growth of NSCLC cells in vitro and in vivo via a mechanism that may involve converging modes of action on microtubule spindle stability and thus chromosomal alignment during metaphase. Our findings provide novel support for the use of the GSK3 inhibitor, CHIR99021, alongside taxol-based chemotherapy in the treatment of human lung cancer. / Cancer Research UK Project Grant (C16929/A14402) and the Elizabeth Blackwell Institute, through its Wellcome Trust ISSF Award (105612/Z/14/Z). The Imperial NIHR/Biomedical Research Centre and the CR-UK/Dept of Health funded Imperial Experimental Cancer Medicine Centre.

O câncer de mama é a neoplasia responsável pelo maior número de mortes em mulheres no Brasil, portanto, é importante encontrar novos marcadores específicos e de diagnóstico precoce, utilizando procedimentos simples e rápidos. A via de sinalização Wnt regula importantes funções celulares como proliferação, sobrevida e adesão. Esta via está associada com os processos de iniciação e progressão em muitos tipos tumorais, como câncer de cólon familiar, melanoma e pulmão; sendo que mutações em β-Catenina (CTNNb1) explicam só 30% dos casos de sinalização aberrante encontrada no câncer de mama, indicando que existem outros componentes e/ou reguladores da via que possam estar envolvidos. O objetivo deste trabalho foi avaliar as variantes genéticas e epigenéticas nos genes do complexo de degradação de β-Catenina num grupo de pacientes com câncer de mama e num grupo controle; e determinar os perfis de transcrição dos componentes da via de sinalização Wnt e da molécula de expressão exclusiva do epitélio mamário, a Mamaglobina Humana (MGA), assim como associar estes resultados com as características clínicas, histológicas e patológicas do tumor. Para atingir este objetivo foram coletadas amostras de sangue periférico de 102 mulheres com câncer de mama e 102 mulheres sadias como grupo controle. A avaliação das variantes rs465899 do gene APC, rs2240308 e rs151279728 do gene AXIN2, rs5030625 do gene CDH1 e rs334558 do gene GSK3, foi realizada por meio de PCR-RFLPs e sequenciamento, a análise dos perfis de metilação dos promotores pela MS-PCR. A RT-qPCR foi usada para determinar os níveis de expressão dos componentes da via e a MGA. As variantes rs2240308 e rs151279728 do gene AXIN2 mostraram uma forte associação com o risco de desenvolver o câncer de mama. Um aumento significativo foi observado no nível de expressão de AXIN2 no grupo de mulheres com câncer de mama. Análises adicionais mostraram perfis de expressão diferencial dos genes APC, AXIN2, CTNNB1, GSK3 e CSNK1A1 associado ao status dos receptores hormonais e histogênese tumoral. MGA foi identificado exclusivamente em 38% dos pacientes com câncer de mama e foi associada com a progressão da doença. Este é o primeiro estudo que relaciona uma variante do gene AXIN2 com o câncer de mama na população brasileira. As variantes avaliadas do gene AXIN2 são marcadores promissores de susceptibilidade ao câncer de mama na população estudada, sendo importante, a avaliação desta variante genética na população e determinar o seu real efeito no processo de iniciação e/ou progressão do câncer de mama. / Background: Wnt/β-catenin signaling pathway is an important regulator of cellular functions such as proliferation, survival and cell adhesion. This pathway is associated with tumor initiation and progression; -catenin (CTNNB1) mutations explains only 30% of aberrant signaling found in breast cancer, indicating that other components and/or regulating of the Wnt/β-catenin pathway may be involved. Objective: The objective of the study was to evaluate the APC rs465899, AXIN2 rs2240308 and rs151279728, CDH1 rs5030625 and GSK3 rs334558 polymorphisms, APC, AXIN2, CDH1 and GSK3 promoter methylation status and expression profile of -Catenin destruction complex genes and MGA in peripheral blood of breast cancer patients. Methods: We collected peripheral blood samples from 102 breast cancer and 102 healthy subjects. The identification of the mutation was performed using PCR-RFLPs and DNA sequencing. MSP and HRM-MS was used to measure promoter methylation and RT-qPCR to determine expression profile. Results: We found significant association of AXIN2 rs2240308 polymorphism with breast cancer. Increased risk was observed even after stratification based on clinicpathological characteristics. AXIN2 rs151279728 polymorphism was found only in 9 breast cancer patients, but none in control group subject. APC and CDH1 polymorphisms were not associated with breast cancer. GSK3 polymorphism was weak associated with breast cancer and heterozygous status was associated with breast cancer protection after group stratification. APC and CDH1 promoter methylation in breast cancer patients was found. Significant increase was observed in AXIN2, CTNNB1 and GSK3 level expression in breast cancer patients. APC was down-regulated in breast cancer patients. Further analyses, showed APC, AXIN2, CTNNB1, GSK3 and CSKN1A1 gene expression associated to receptor status and histological type. MGA was found only in breast cancer patients and was associated with cancer progression. Conclusion: The present study reports, for the first time, that AXIN2 genetic defect and -catenin destruction complex expression disturbance may be found in breast cancer patients, providing additional support to the role of Wnt/-catenin pathway dysfunction in breast cancer tumorigenesis. However, the functional consequence of this genetic alteration remains to be determined. In another hand MGA was determined like a good biomarker for diagnosis and prognosis outcome.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O câncer colo-retal (CCR) representa o quarto tipo de câncer mais freqüente no Brasil entre homens e mulheres e a sobrevida para esse tipo de neoplasia é considerada boa, se a doença for diagnosticada em estádio inicial. Neste tipo de câncer a progressão do adenoma (tumor benigno) para o adenocarcinoma (tumor maligno) é dependente do acúmulo de mutações em diversos oncogenes e genes supressores de tumor. Estas mutações podem levar a alterações de importantes vias de sinalização que controlam estes eventos como, por exemplo, as vias Wnt e EGFR. No entanto, os mecanismos moleculares e celulares mediados por estas vias durante a progressão do CCR permanecem por serem definidos. Neste trabalho foi avaliada a participação da via Wnt e do EGFR durante a progressão do CCR usando células Caco-2, uma linhagem celular derivada de adenocarcinoma de cólon humano como modelo. As células foram tratadas com EGF, ativador da via EGFR, e cloreto de lítio (LiCl), um conhecido inibidor da enzima GSK-3β e conseqüentemente, ativador da via Wnt, ou alternativamente com a combinação de ambas drogas. Após os tratamentos, foi avaliada a morfologia celular, localização e expressão de proteínas juncionais, os padrões proliferativos e do ciclo celular e o potencial tumorigênico (migração e formação de colônias). Nossos resultados mostram que a localização subcelular das proteínas juncionais claudina-1 e β-catenina foi alterada após tratamento com EGF e LiCl, porém a expressão não foi afetada. A localização nuclear de β-catenina, um marcador da ativação da via Wnt, foi observada após tratamento com ambos os compostos, no entanto estes agentes modularam a enzima GSK-3β de forma diferencial. Além disso, tratamento com EGF aumentou a capacidade proliferativa e migratória da célula, mas não alterou a formação de colônias. LiCl, apesar de ser um conhecido ativador da via Wnt, inibiu o aumento da proliferação e migração causado pelo EGF, como visto pelo tratamento das células com EGF+LiCl, e reduziu a formação de colônias. Nossos resultados revelaram que LiCl possui uma atividade supressora de tumor o que pode representar um novo papel para este composto como um possível agente terapêutico para o tratamento do CCR. / Colorectal cancer (CCR) represents the fourth type of cancer most common in Brazil among men and women and the survival for this tumor type is considered good if the disease is diagnosed at early stage. The progression of an adenoma (benign tumor) to an adenocarcinoma (malign tumor) is dependent on the accumulation of mutations in a variety of oncogenes and tumors suppressors genes. These mutations can lead to alterations of important cell signaling pathways that control these events, such as Wnt e EGFR. However, the molecular and cellular mechanisms mediated by these pathways during CCR progression remain to be defined. In the present study we assesses the role that Wnt and EGFR pathway play during CCR progression using Caco-2 cells, a human cell line derived of colorectal cancer, as a model. Cells were treated with EGF, an EGFR pathway activator, and lithium chloride, (LiCl) a known inhibitor of the enzyme GSK-3β and, therefore a Wnt pathway activator or alternatively by using combination of both drugs. After treatments, we monitored cell morphology, localization and expression of junctional proteins, proliferative and cell cycle patterns, and the tumorigenic potential (cell migration and colony formation). We show that subcellular localization of the junctional proteins claudin-1 and β-catenin was altered after treatment with EGF and LiCl, however the expression were not affected. Nuclear localization of β-catenin, a marker of Wnt pathway activation, was observed after treatment with both compounds, however these agents modulated in a differential fashion the enzyme GSK-3β. Furthermore, EGF treatment increased the proliferative and migratory capacity of the cells, but did not alter colony formation potential. LiCl, despite being a known activator of the Wnt pathway, inhibited the increase of proliferation and migration caused by EGF, as demonstrated by the cell treatments with EGF+LiCl, and reduced the cell colony formation. Our results reveal that LiCl present a suppressor tumor activity, which may represent a new role for this compound as potential therapeutic agent in the CCR treatment.

O câncer de mama é a neoplasia responsável pelo maior número de mortes em mulheres no Brasil, portanto, é importante encontrar novos marcadores específicos e de diagnóstico precoce, utilizando procedimentos simples e rápidos. A via de sinalização Wnt regula importantes funções celulares como proliferação, sobrevida e adesão. Esta via está associada com os processos de iniciação e progressão em muitos tipos tumorais, como câncer de cólon familiar, melanoma e pulmão; sendo que mutações em β-Catenina (CTNNb1) explicam só 30% dos casos de sinalização aberrante encontrada no câncer de mama, indicando que existem outros componentes e/ou reguladores da via que possam estar envolvidos. O objetivo deste trabalho foi avaliar as variantes genéticas e epigenéticas nos genes do complexo de degradação de β-Catenina num grupo de pacientes com câncer de mama e num grupo controle; e determinar os perfis de transcrição dos componentes da via de sinalização Wnt e da molécula de expressão exclusiva do epitélio mamário, a Mamaglobina Humana (MGA), assim como associar estes resultados com as características clínicas, histológicas e patológicas do tumor. Para atingir este objetivo foram coletadas amostras de sangue periférico de 102 mulheres com câncer de mama e 102 mulheres sadias como grupo controle. A avaliação das variantes rs465899 do gene APC, rs2240308 e rs151279728 do gene AXIN2, rs5030625 do gene CDH1 e rs334558 do gene GSK3, foi realizada por meio de PCR-RFLPs e sequenciamento, a análise dos perfis de metilação dos promotores pela MS-PCR. A RT-qPCR foi usada para determinar os níveis de expressão dos componentes da via e a MGA. As variantes rs2240308 e rs151279728 do gene AXIN2 mostraram uma forte associação com o risco de desenvolver o câncer de mama. Um aumento significativo foi observado no nível de expressão de AXIN2 no grupo de mulheres com câncer de mama. Análises adicionais mostraram perfis de expressão diferencial dos genes APC, AXIN2, CTNNB1, GSK3 e CSNK1A1 associado ao status dos receptores hormonais e histogênese tumoral. MGA foi identificado exclusivamente em 38% dos pacientes com câncer de mama e foi associada com a progressão da doença. Este é o primeiro estudo que relaciona uma variante do gene AXIN2 com o câncer de mama na população brasileira. As variantes avaliadas do gene AXIN2 são marcadores promissores de susceptibilidade ao câncer de mama na população estudada, sendo importante, a avaliação desta variante genética na população e determinar o seu real efeito no processo de iniciação e/ou progressão do câncer de mama. / Background: Wnt/β-catenin signaling pathway is an important regulator of cellular functions such as proliferation, survival and cell adhesion. This pathway is associated with tumor initiation and progression; -catenin (CTNNB1) mutations explains only 30% of aberrant signaling found in breast cancer, indicating that other components and/or regulating of the Wnt/β-catenin pathway may be involved. Objective: The objective of the study was to evaluate the APC rs465899, AXIN2 rs2240308 and rs151279728, CDH1 rs5030625 and GSK3 rs334558 polymorphisms, APC, AXIN2, CDH1 and GSK3 promoter methylation status and expression profile of -Catenin destruction complex genes and MGA in peripheral blood of breast cancer patients. Methods: We collected peripheral blood samples from 102 breast cancer and 102 healthy subjects. The identification of the mutation was performed using PCR-RFLPs and DNA sequencing. MSP and HRM-MS was used to measure promoter methylation and RT-qPCR to determine expression profile. Results: We found significant association of AXIN2 rs2240308 polymorphism with breast cancer. Increased risk was observed even after stratification based on clinicpathological characteristics. AXIN2 rs151279728 polymorphism was found only in 9 breast cancer patients, but none in control group subject. APC and CDH1 polymorphisms were not associated with breast cancer. GSK3 polymorphism was weak associated with breast cancer and heterozygous status was associated with breast cancer protection after group stratification. APC and CDH1 promoter methylation in breast cancer patients was found. Significant increase was observed in AXIN2, CTNNB1 and GSK3 level expression in breast cancer patients. APC was down-regulated in breast cancer patients. Further analyses, showed APC, AXIN2, CTNNB1, GSK3 and CSKN1A1 gene expression associated to receptor status and histological type. MGA was found only in breast cancer patients and was associated with cancer progression. Conclusion: The present study reports, for the first time, that AXIN2 genetic defect and -catenin destruction complex expression disturbance may be found in breast cancer patients, providing additional support to the role of Wnt/-catenin pathway dysfunction in breast cancer tumorigenesis. However, the functional consequence of this genetic alteration remains to be determined. In another hand MGA was determined like a good biomarker for diagnosis and prognosis outcome.

O músculo esquelético é um tecido muito importante para a saúde, e seu desequilíbrio está relacionado com diversas doenças. Existe um grande interesse na identificação e caracterização dos agentes/mecanismos responsáveis pelo controle das vias anabólicas/catabólicas da massa muscular que contribuem para a manutenção da homeostase do músculo esquelético. A atrofia muscular é caracterizada pela perda de massa muscular, levando a redução de capacidade funcional. Dada à importância deste tecido na locomoção e muitas outras funções fisiológicas do organismo, o processo de atrofia pode inferir ao indivíduo o aumento da morbidade e perda de sua qualidade de vida, tornando assim, de grande importância a compreensão dos processos moleculares envolvidos. Neste trabalho exploramos a capacidade da suplementação de leucina em proteger a massa muscular durante a atrofia induzida por imobilização, através da inibição de vias catabólicas. A leucina é um alvo atraente, uma vez que é considerado um aminoácido anti-atrófico capaz de regular as vias intracelulares envolvidas na síntese e degradação das proteínas, desta forma, abordamos se o efeito anti-atrófico da leucina envolve modulação do eixo GSK3-β/β-Catenina. Ratos Wistar, suplementados com leucina, tiveram sua pata posterior esquerda imobilizada com o músculo sóleo em posição encurtada. Em seguida, o músculo sóleo foi removido, pesado e processado para avaliar a expressão de genes e proteínas por qPCR e Western blot, respectivamente. Além disso, secções transversais musculares foram utilizadas em ensaios de imunofluorescência para análise de localização celular. Após 1 dia de imobilização, foi observado a ativação de GSK3-β no músculo sóleo, e a suplementação de leucina foi capaz de bloquear esse efeito. Embora os níveis proteicos de β-Catenina tenham sido inalterados pela imobilização ou pela suplementação de leucina, a análise de localização celular, mostrou uma diminuição nuclear da β-Catenina causada pela imobilização, porém, a suplementação de leucina foi capaz de aumentar os níveis de β-Catenina no núcleo. A análise Confocal confirmou a translocação nuclear de β-Catenina, durante a suplementação de leucina. Também analisamos os níveis de expressão de NF-κB por ser potencialmente regulado por β-Catenina, no entanto, não foram observadas alterações nos níveis desta proteína entre os grupos. Assim, este estudo revela β-Catenina como uma nova molécula chave envolvida nos efeitos anti-atróficos da leucina. / Skeletal muscle is a very important tissue for health, and its depletion predicts the prognosis of several diseases. There is great interest in the identification and characterization of the agents/mechanisms responsible for the control of muscle mass through anabolic/catabolic pathways that contribute to maintenance of skeletal muscle homeostasis. Muscle atrophy is characterized by loss of muscle mass, leading to a reduction in functional capacity. Due the importance of this tissue in locomotion and many other physiological organism functions, the process of atrophy can infer to the individual the increase of the morbidity and loss of his quality of life, thus making of great importance to the understanding the molecular processes involved. In this work, leucine supplementation is sought to protect muscle mass during atrophy induced by immobilization through the inhibition of catabolic pathways. Leucine is an attractive target, since it is considered an anti-atrophic amino acid capable of regulating intracellular pathways involved in the synthesis and degradation of proteins. Therefore, we approached whether the anti-atrophic effect of leucine involves modulation of the GSK3-β/β-Catenin. Male Wistar rats, supplemented with leucine, had their left hind limb immobilized with the soleus muscle in a shortened position. Thereafter, the soleus muscle was removed, weighed and processed to evaluate an expression of genes and proteins by qPCR and Western blot, respectively. In addition, muscle cross-sections were performed in immunofluorescence assays for cell localization analysis. After 1 day of immobilization, activated GSK3-β in the soleus muscle was observed, and leucine supplementation was able to block this effect. Although protein levels of β-Catenin were unchanged by immobilization or by leucine supplementation, cell localization analysis showed a nuclear decrease of β-Catenin caused by immobilization, however, leucine supplementation was able to increase levels of β-Catenin in the nucleus. Confocal analysis confirmed nuclear translocation of β-Catenin during leucine supplementation. We also analyzed the expression levels of NF-B by being potentially regulated by β-Catenin, however, no changes were observed in NF-κB protein levels between the groups. Thus, this study reveals β-Catenin as a new key molecule involved in the anti-atrophic effects of leucine.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O câncer colo-retal (CCR) representa o quarto tipo de câncer mais freqüente no Brasil entre homens e mulheres e a sobrevida para esse tipo de neoplasia é considerada boa, se a doença for diagnosticada em estádio inicial. Neste tipo de câncer a progressão do adenoma (tumor benigno) para o adenocarcinoma (tumor maligno) é dependente do acúmulo de mutações em diversos oncogenes e genes supressores de tumor. Estas mutações podem levar a alterações de importantes vias de sinalização que controlam estes eventos como, por exemplo, as vias Wnt e EGFR. No entanto, os mecanismos moleculares e celulares mediados por estas vias durante a progressão do CCR permanecem por serem definidos. Neste trabalho foi avaliada a participação da via Wnt e do EGFR durante a progressão do CCR usando células Caco-2, uma linhagem celular derivada de adenocarcinoma de cólon humano como modelo. As células foram tratadas com EGF, ativador da via EGFR, e cloreto de lítio (LiCl), um conhecido inibidor da enzima GSK-3β e conseqüentemente, ativador da via Wnt, ou alternativamente com a combinação de ambas drogas. Após os tratamentos, foi avaliada a morfologia celular, localização e expressão de proteínas juncionais, os padrões proliferativos e do ciclo celular e o potencial tumorigênico (migração e formação de colônias). Nossos resultados mostram que a localização subcelular das proteínas juncionais claudina-1 e β-catenina foi alterada após tratamento com EGF e LiCl, porém a expressão não foi afetada. A localização nuclear de β-catenina, um marcador da ativação da via Wnt, foi observada após tratamento com ambos os compostos, no entanto estes agentes modularam a enzima GSK-3β de forma diferencial. Além disso, tratamento com EGF aumentou a capacidade proliferativa e migratória da célula, mas não alterou a formação de colônias. LiCl, apesar de ser um conhecido ativador da via Wnt, inibiu o aumento da proliferação e migração causado pelo EGF, como visto pelo tratamento das células com EGF+LiCl, e reduziu a formação de colônias. Nossos resultados revelaram que LiCl possui uma atividade supressora de tumor o que pode representar um novo papel para este composto como um possível agente terapêutico para o tratamento do CCR. / Colorectal cancer (CCR) represents the fourth type of cancer most common in Brazil among men and women and the survival for this tumor type is considered good if the disease is diagnosed at early stage. The progression of an adenoma (benign tumor) to an adenocarcinoma (malign tumor) is dependent on the accumulation of mutations in a variety of oncogenes and tumors suppressors genes. These mutations can lead to alterations of important cell signaling pathways that control these events, such as Wnt e EGFR. However, the molecular and cellular mechanisms mediated by these pathways during CCR progression remain to be defined. In the present study we assesses the role that Wnt and EGFR pathway play during CCR progression using Caco-2 cells, a human cell line derived of colorectal cancer, as a model. Cells were treated with EGF, an EGFR pathway activator, and lithium chloride, (LiCl) a known inhibitor of the enzyme GSK-3β and, therefore a Wnt pathway activator or alternatively by using combination of both drugs. After treatments, we monitored cell morphology, localization and expression of junctional proteins, proliferative and cell cycle patterns, and the tumorigenic potential (cell migration and colony formation). We show that subcellular localization of the junctional proteins claudin-1 and β-catenin was altered after treatment with EGF and LiCl, however the expression were not affected. Nuclear localization of β-catenin, a marker of Wnt pathway activation, was observed after treatment with both compounds, however these agents modulated in a differential fashion the enzyme GSK-3β. Furthermore, EGF treatment increased the proliferative and migratory capacity of the cells, but did not alter colony formation potential. LiCl, despite being a known activator of the Wnt pathway, inhibited the increase of proliferation and migration caused by EGF, as demonstrated by the cell treatments with EGF+LiCl, and reduced the cell colony formation. Our results reveal that LiCl present a suppressor tumor activity, which may represent a new role for this compound as potential therapeutic agent in the CCR treatment.

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京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(生命科学) / 甲第25514号 / 生博第530号 / 新制||生||70(附属図書館) / 京都大学大学院生命科学研究科統合生命科学専攻 / (主査)教授 中野 雄司, 教授 河内 孝之, 教授 荒木 崇 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy in Life Sciences / Kyoto University / DFAM