A proteína hnRNP K é conhecida por seu papel nos múltiplos processos que compõe a expressão gênica, incluindo funções nos estágios de splicing, transcrição e tradução, desempenhadas, principalmente, através da ligação de seus domínios KH a nucleotídeos. A ativação inadequada da hnRNP K tem relação direta com a gênese de alguns tipos de câncer, sobretudo de cabeça e pescoço, mama e colo-retal, evidenciando a mesma como um atrativo alvo molecular para o desenvolvimento de novos fármacos antineoplásicos. Com o auxílio de técnicas in silico, foram identificados dois compostos orgânicos, um derivado de benzimidazol e outro derivado de fenilbenzamida, capazes de impedir a ligação da proteína hnRNP K a oligonucleotídeos in vitro. Aliando as técnicas de docking, campos de interação e dinâmica molecular foi possível sugerir que tais compostos apresentam características estruturais que permitem a realização de interações na fenda de ligação do domínio KH3, principalmente com os resíduos R40 e R59, os quais são considerados chaves no reconhecimento molecular de nucleotídeos. Os derivados de benzimidazol e fenilbenzamida constituem novos compostos de partida na busca de novos antineoplásicos que tem como alvo a proteína hnRNP K. Do ponto de vista de metabolismo e toxicidade, o derivado de fenilbenzamida parece ser mais promissor quando se investiga uma molécula para aplicação terapêutica, uma vez que gerou poucos alertas críticos de toxicidade, ao contrario do derivado de benzimidazol, que apresenta maior potencial genotóxico. Apesar de se ligarem aos domínios KH da hnRNP K e impedir sua complexação a nucelotídeos, ensaios com culturas de células mostraram apenas tênue atividade antitumoral para tais compostos, com maior redução de viabilidade celular, ao redor de 18% a 8,4 M, exibida pelo derivado de fenilbenzamida. Seguindo o princípio do análogo ativo, simulações de triagem virtual na busca de análogos dos ligantes da hnRNP K revelaram 21 novos derivados de benzimidazol ou fenilbenzamida na base de dados EXPRESS-Pick, dos quais 5 foram testados in vitro com a proteína e 3 novos ligantes identificados. Com o intuito de otimizar tais derivados, foram sugeridos in silico substituintes (potenciais bioisósteros) para os anéis dioxopirrolidínicos dos ligantes já identificados, guiando, assim, a futura síntese de novas substâncias com potencial atividade antitumoral. Além disso, o trabalho foi complementado através da proposição de síntese de novos derivados benzoxazepínicos acoplados a purinas, os quais também tem aplicação como antineoplásicos, entretanto por mecanismos que não envolvem a hnRNP K. A grande limitação desses derivados é a presença de um grupo nitro aromático, o qual é reconhecido por sua toxicidade pronunciada. Com o intuito de otimizar tais derivados, foram sugeridos in silico potenciais bioisósteros capazes de substituir o grupo nitro e guiar a síntese e novos derivados com atividade antitumoral e toxicidade reduzida. / hnRNP K protein is known for its role in the multiple processes that compose gene expression, including functions during splicing, transcription and translation, developed, mainly, by the binding of nucleotides to KH domains. Inadequate activation of hnRNP K induces the development of some types of cancer, including head and neck, breast and colorectal. In this way, hnRNP K is an attractive molecular target for antineoplastic drug design. Using in silico strategies, we have identified two organic compounds, a benzimidazole and a phenylbenzamide derivatives, able to prevent the natural binding of nucleotides to hnRNP K in vitro. Applying docking, molecular interaction fields and molecular dynamics simulations it was possible to propose that such compounds present structural characteristics capable to support intermolecular interactions inside KH3 domain binding cleft, mainly with R40 and R59 residues, which are extremely important during molecular recognition of nucleotides by hnRNP K. The benzimidazole and phenylbenzamide derivatives identified are novel lead compounds that can guide the design of new antineoplastic drugs targeting hnRNP K. Considering metabolic and toxicity predictions, the phenylbenzamide seems to be more promising than the benzimidazole derivative as a drug, once the benzimidazole presents genotoxic potential. Although both derivatives prevent the binding of nucleotides to hnRNP K, biological assays with tongue cancer cell lines revealed only a mild antitumoral activity for such compounds. Higher level of cell viability reduction, 18% at 8.4 M, was observed for the phenylbenzamide derivative. Following the similarity principle, virtual screening simulations were made intending to find novel benzimidazole and phenylbenzamide derivatives inside EXPRESS-Pick database. The search revealed 21 compounds, 5 of which were tested in vitro with hnRNP K, where 3 of them were active. Intending to optimize benzimidazole and phenylbenzamide derivatives in order to design more potent chemical entities, we have suggested in silico substituents as potential bioisosteric groups of the dioxopyrrolidine rings of hnRNP K ligands, guiding the future synthesis of novel compounds with enhanced antitumoral activity. Moreover, complementary work proposition was performed through the synthesis of benzoxazepin-purines, which also present antitumoral activity but not through hnRNP K pathway. The major limitation of such derivatives is the presence of a nitro aromatic group, which can be very toxic. 20 potential bioisosteric groups were proposed as fragment candidates to replace the nitro one in order to design novel antitumoral derivatives with reduced toxic potential.

Os avanços na compreensão da biologia das neoplasias de cabeça e pescoço têm aberto novas direções na ciência. As pesquisas estão sendo direcionadas para o desenvolvimento de terapias com alvos moleculares específicos, os quais são úteis tanto na predição dos tratamentos, quanto na seleção de pacientes que podem responder a uma determinada terapia com base nas alterações moleculares dos tumores. As proteínas hnRNP K e SET, recentemente identificadas como superexpressas em câncer de cabeça e pescoço, representam um novo e atrativo alvo terapêutico para esse tipo de câncer. As mitocôndrias também tem sido objeto de estudo, pois participam nos processos de morte celular por apoptose, e estão envolvidas na sobrevivência celular. Neste estudo avaliamos os efeitos in vitro e in vivo em carcinoma oral e em célula não-tumoral, de novos compostos com alvo-específico (hnRNP K e SET) ou com ação na mitocôndria, para aplicação tanto como antitumoral, como citoprotetor. A citotoxicidade dos compostos foi avaliada pelo método de resazurina nas linhagens tumorais de carcinoma de células escamosas de cabeça e pescoço (HN13, HN12, HN6 e CAL27). Os compostos 11 e 17, alvos específicos da proteína hnRNP K, apresentaram baixa citotoxicidade; o peptídeo OP449, alvo específico da proteína SET, e o composto YV-241, com ação na mitocôndria, apresentaram alta citotoxicidade, com valores de IC50 5,11 e 7,77 ?M, respectivamente. OP449 alterou as proteínas reguladas por SET e reduziu a proliferação das células tumorais no modelo de xenoenxerto ortotópico em camundongo BALB/ c nude; os resultados, porém, não foram significativos. A associação de OP449 com FTY720 promoveu um efeito sinérgico significativo (CID<0,7) na linhagem celular HN12 e reduziu os tumores do xenoenxerto no dorso em camundongos BALB/c nude. O composto YV-241 alterou o potencial de membrana mitocondrial das células tumorais e aumentou o número de mitocôndrias, observado por microscopia eletrônica de transmissão e por microscopia confocal, reduziu proteínas envolvidas com vias de sinalização de sobrevivência, proliferação, ciclo celular e angiogênese, e induziu apoptose com o envolvimento da mitocôndria. Além disso, o composto reduziu os tumores do modelo de xenoenxerto. O possível efeito citoprotetor do composto JM-E-H foi observado na linhagem NOK-SI, por meio da regulação da via de sinalização de HIF-1?. Portanto, OP449 + FTY720 e o composto YV-241 apresentam potencial terapêutico contra carcinoma oral, e o composto JM-E-H, potencial efeito citoprotetor / Advances in understanding the biology of head and neck cancer have opened new directions in science. Research is being directed at the development of therapies with specific molecular targets that are useful in predicting treatments or in selecting patients who may respond to a particular molecular therapy based on molecular changes of the tumors. The hnRNP K and SET proteins, recently identified as overexpressed in head and neck cancer, represent a new and attractive therapeutic target for this type of cancer. Mitochondria have also been the object of study, since they participate in the processes of cell death by apoptosis, and are involved in cell survival. In this work we evaluated the in vitro and in vivo effects in oral carcinoma and non-tumor cell of new compounds with specific target (hnRNP K and SET) or with action in mitocondria, for application either as antitumor or cytoprotectant. The cytotoxicity of the compounds was evaluated by the resazurin method in head and neck squamous cell carcinoma cell lines (HN13, HN12, HN6 and CAL27). Compounds 11 and 17, specific targets of hnRNP K protein, showed low cytotoxicity; the peptide OP449, specific target of SET protein, and compound YV-241, acting on mitochondria, showed high cytotoxicity, with IC50 values of 5.11 and 7. 77?M, respectively. OP449 altered SET-regulated proteins and decreased proliferation of tumor cells in the orthotopic xenograft model in BALB/c nude mouse. The results, however, were not significant. The association of OP449 with FTY720 caused a significant synergistic effect (CID <0.7) on HN12 cell line, and decreased the xenograft tumors. The YV-241 compound altered mitochondrial membrane potential of tumor cells and increased the number of mitochondria, observed by transmission electron microscopy and by confocal microscopy, reduced proteins involved with signaling pathways for survival, proliferation, cell cycle and angiogénesis, and induced apoptosis with the involvement of mitochondria. In addition,the compound reduced tumors of the xenograft model. The possible cytoprotective effect of the compound JM-E-H was observed in the NOK-SI lineage through the regulation of HIF-1? signaling pathway. Therefore, OP449 + FTY720 and compound YV-241 show therapeutic potential against oral carcinoma, and the compound JM-E-H, potential cytoprotective effect

A ribonucleoproteína heterogênea nuclear K (hnRNP K) é uma proteína envolvida em processos de expressão gênica e tem sido proposta como ligante de RNAs mensageiros mitocondriais. Apesar de ser considerada um marcador de pior prognóstico no câncer de cabeça e pescoço, o papel da hnRNP K nesta doença ainda é pouco conhecido. O objetivo deste trabalho foi estudar o envolvimento da hnRNP K na mitocôndria com ênfase na bioenergética e na identificação de novos potenciais ligantes de hnRNP K. As linhagens celulares utilizadas foram de carcinoma de cabeça e pescoço (HN13 e CAL 27) com silenciamento de RNA para hnRNP K e células HEK293 com super-expressão de hnRNP K. O efeito do acúmulo celular da hnRNP K na cadeia transportadora de elétrons mitocondrial foi avaliado por meio da atividade dos complexos mitocondriais I, II e V em células HN13. A redução do nível de hnRNP K usando RNA de interferência promoveu uma diminuição da atividade dos complexos nas células HN13, indicando o envolvimento da proteína na eficiência do transporte de elétrons na cadeia respiratória mitocondrial. Células HEK293 com super-expressão da hnRNP K (HEK293/hnRNP K) e as linhagens HN13 e CAL 27 com silenciamento e redução estável de hnRNP K foram utilizadas para determinar o papel de hnRNP K no potencial de membrana mitocondrial, níveis de ATP, produção de lactato e consumo de oxigênio. Células HEK293/hnRNP K comparadas ao controle apresentaram maior nível de ATP, menor potencial de membrana mitocondrial, menor consumo de oxigênio e maior produção de lactato. As células HN13 com redução da hnRNP K apresentaram níveis mais baixos de ATP, com menor liberação de lactato para o meio extracelular e maior consumo de oxigênio. Esses resultados sugerem que o acúmulo da proteína hnRNP K tem ação importante na mitocôndria por alterar o metabolismo bioenergético celular de fosforilação oxidativa para glicólise anaeróbica. A estratégia de co-imunoprecipitação usando anticorpos para hnRNP K, digestão de proteínas com tripsina e cromatografia líquida acoplada a espectrômetria de massa foi usada para encontrar novos potenciais ligantes de hnRNP K. A análise dos dados com o software SEPro identificou 57 proteínas candidatas a ligantes da hnRNP K. Três proteínas foram validadas por co-IP e Western blotting: o fator de transcrição mitocondrial PTCD3, YB1 e PSF. Propomos que a hnRNP K apresenta função na energética mitocondrial, e provavelmente, a sua interação com PTCD3 participa desta função. / Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K (hnRNP K) is a protein involved in gene expression processes, which has been proposed to bind mitochondrial mRNAs. Despite it to be considered a prognostic marker in cancer, the hnRNPK role in this disease is unknown. We addressed the involvement of hnRNP K in mitochondria with emphasis on bioenergetics and identification of new potential ligands of hnRNP K. The cell lines used were from head and neck squamous cell carcinoma (HN13 and CAL 27) with RNA silencing for hnRNP K , and HEK293 cells with overexpression of hnRNP K. The effects of cellular accumulation of hnRNP K in mitochondrial electron chain carriers were assessed by the activity of mitochondrial complexes I, II and V in HN13 cells. Reduced levels of hnRNP K using RNA interference promoted a decrease in the activity of the complexes in HN13 cells, indicating the involvement of the protein in the efficiency of the electron transport in mitochondrial respiratory chain. HEK293 cells with overexpression of hnRNP K (HEK293/hnRNP K) and HN13 and CAL 27 cells with silencing and stable reduction of hnRNP K were used to determine the role of hnRNP K in mitochondrial membrane potential, ATP levels, lactate production and oxygen consumption. HEK293/hnRNP K, compared to control cells, showed higher levels of ATP, reduced mitochondrial membrane potential, lower oxygen consumption and higher production of lactate. HN13 cells with reduced hnRNP K had lower ATP levels, with lower release of lactate to the extracellular medium and higher oxygen consumption. These results suggest that accumulation of hnRNP K protein plays a role in mitochondria by changing the cellular energetic metabolism from oxidative phosphorylation to glycolysis. The strategy of co-immunoprecipitation using antibodies for hnRNP K, protein digestion with trypsin, and liquid chromatography, coupled to mass spectrometer, were used to search for new potential ligands of hnRNP K. Data analysis with software SEPro identified 57 candidate proteins binding to hnRNP K. Three proteins were validated by co-IP and Western blotting: the mitochondrial transcription factor PTCD3, YB1, and PSF. We propose that hnRNP K plays a role in the mitochondrial energetics, and probably its interaction with PTCD3 participates in this function.

A proteína hnRNP K é conhecida por seu papel nos múltiplos processos que compõe a expressão gênica, incluindo funções nos estágios de splicing, transcrição e tradução, desempenhadas, principalmente, através da ligação de seus domínios KH a nucleotídeos. A ativação inadequada da hnRNP K tem relação direta com a gênese de alguns tipos de câncer, sobretudo de cabeça e pescoço, mama e colo-retal, evidenciando a mesma como um atrativo alvo molecular para o desenvolvimento de novos fármacos antineoplásicos. Com o auxílio de técnicas in silico, foram identificados dois compostos orgânicos, um derivado de benzimidazol e outro derivado de fenilbenzamida, capazes de impedir a ligação da proteína hnRNP K a oligonucleotídeos in vitro. Aliando as técnicas de docking, campos de interação e dinâmica molecular foi possível sugerir que tais compostos apresentam características estruturais que permitem a realização de interações na fenda de ligação do domínio KH3, principalmente com os resíduos R40 e R59, os quais são considerados chaves no reconhecimento molecular de nucleotídeos. Os derivados de benzimidazol e fenilbenzamida constituem novos compostos de partida na busca de novos antineoplásicos que tem como alvo a proteína hnRNP K. Do ponto de vista de metabolismo e toxicidade, o derivado de fenilbenzamida parece ser mais promissor quando se investiga uma molécula para aplicação terapêutica, uma vez que gerou poucos alertas críticos de toxicidade, ao contrario do derivado de benzimidazol, que apresenta maior potencial genotóxico. Apesar de se ligarem aos domínios KH da hnRNP K e impedir sua complexação a nucelotídeos, ensaios com culturas de células mostraram apenas tênue atividade antitumoral para tais compostos, com maior redução de viabilidade celular, ao redor de 18% a 8,4 M, exibida pelo derivado de fenilbenzamida. Seguindo o princípio do análogo ativo, simulações de triagem virtual na busca de análogos dos ligantes da hnRNP K revelaram 21 novos derivados de benzimidazol ou fenilbenzamida na base de dados EXPRESS-Pick, dos quais 5 foram testados in vitro com a proteína e 3 novos ligantes identificados. Com o intuito de otimizar tais derivados, foram sugeridos in silico substituintes (potenciais bioisósteros) para os anéis dioxopirrolidínicos dos ligantes já identificados, guiando, assim, a futura síntese de novas substâncias com potencial atividade antitumoral. Além disso, o trabalho foi complementado através da proposição de síntese de novos derivados benzoxazepínicos acoplados a purinas, os quais também tem aplicação como antineoplásicos, entretanto por mecanismos que não envolvem a hnRNP K. A grande limitação desses derivados é a presença de um grupo nitro aromático, o qual é reconhecido por sua toxicidade pronunciada. Com o intuito de otimizar tais derivados, foram sugeridos in silico potenciais bioisósteros capazes de substituir o grupo nitro e guiar a síntese e novos derivados com atividade antitumoral e toxicidade reduzida. / hnRNP K protein is known for its role in the multiple processes that compose gene expression, including functions during splicing, transcription and translation, developed, mainly, by the binding of nucleotides to KH domains. Inadequate activation of hnRNP K induces the development of some types of cancer, including head and neck, breast and colorectal. In this way, hnRNP K is an attractive molecular target for antineoplastic drug design. Using in silico strategies, we have identified two organic compounds, a benzimidazole and a phenylbenzamide derivatives, able to prevent the natural binding of nucleotides to hnRNP K in vitro. Applying docking, molecular interaction fields and molecular dynamics simulations it was possible to propose that such compounds present structural characteristics capable to support intermolecular interactions inside KH3 domain binding cleft, mainly with R40 and R59 residues, which are extremely important during molecular recognition of nucleotides by hnRNP K. The benzimidazole and phenylbenzamide derivatives identified are novel lead compounds that can guide the design of new antineoplastic drugs targeting hnRNP K. Considering metabolic and toxicity predictions, the phenylbenzamide seems to be more promising than the benzimidazole derivative as a drug, once the benzimidazole presents genotoxic potential. Although both derivatives prevent the binding of nucleotides to hnRNP K, biological assays with tongue cancer cell lines revealed only a mild antitumoral activity for such compounds. Higher level of cell viability reduction, 18% at 8.4 M, was observed for the phenylbenzamide derivative. Following the similarity principle, virtual screening simulations were made intending to find novel benzimidazole and phenylbenzamide derivatives inside EXPRESS-Pick database. The search revealed 21 compounds, 5 of which were tested in vitro with hnRNP K, where 3 of them were active. Intending to optimize benzimidazole and phenylbenzamide derivatives in order to design more potent chemical entities, we have suggested in silico substituents as potential bioisosteric groups of the dioxopyrrolidine rings of hnRNP K ligands, guiding the future synthesis of novel compounds with enhanced antitumoral activity. Moreover, complementary work proposition was performed through the synthesis of benzoxazepin-purines, which also present antitumoral activity but not through hnRNP K pathway. The major limitation of such derivatives is the presence of a nitro aromatic group, which can be very toxic. 20 potential bioisosteric groups were proposed as fragment candidates to replace the nitro one in order to design novel antitumoral derivatives with reduced toxic potential.

A ribonucleoproteína heterogênea nuclear K (hnRNP K) e o inibidor endógeno da fosfatase 2A (SET) são superexpressos e propostos como marcadores prognósticos em leucemia mieloide aguda e crônica. O objetivo do estudo foi caracterizar a participação das proteínas hnRNP K e SET na leucemogênese da leucemia promielocítica aguda (LPA), assim como na diferenciação celular induzida pelo ácido all-trans retinóico (ATRA). Os resultados iniciais de qRT-PCR demonstram que os níveis de RNAm de HNRNPK e SET estão aumentados em pacientes ao diagnóstico de LPA em comparação com amostras de indivíduos saudáveis e diminuem após indução e durante a manutenção do tratamento. Os resultados foram validados por Western blot, sugerindo hnRNP K e SET como marcadores diagnóstico e de resposta ao tratamento. O knockdown de hnRNP K e SET foi realizado em células de LPA sensível, NB4, e resistente ao ATRA, NB4-R2, utilizando RNA de interferência. Ambas as proteínas também foram testadas como alvo terapêutico com a utilização de inibidores de hnRNP K (U0126) e SET (OP449 e FTY720). A diminuição de hnRNP K nas células levou ao aumento da diferenciação celular granulocítica em ambas as células, principalmente na presença de ATRA, e portanto, foi capaz de reverter o fenótipo de resistência ao ATRA das células NB4-R2. O knockdown de hnRNP K, assim como o tratamento com U0126, levou a perda de viabilidade dessas células por indução de apoptose acompanhada da clivagem da proteína SET. O knockdown de SET em células LPA confirmou que a indução de apoptose em células com knockdown de hnRNP K ocorreu por clivagem e não pela diminuição da proteína SET nas células. Além disso, demonstrou também que SET prejudica a atuação do ATRA no processo de diferenciação celular. O modelo in vivo utilizando transplante de NB4-R2 em camundongos nude confirmou que o trióxido de arsênico (ATO) combinado a U0126 tem um maior potencial contra a progressão tumoral quando comparado ao tratamento isolado com ATO. FTY720 e OP449 tiveram efeito anti-leucêmico significativo com redução da viabilidade celular. Quando em associação, FTY720 e OP449, apresentaram efeito sinérgico significativo em NB4-R2 (CID<0,7). Concluímos que a superexpressão de hnRNP K e SET contribui para o bloqueio da diferenciação celular em promielócitos e prejudicam a atuação do ATRA no tratamento da LPA e, portanto, hnRNPK em associação com a proteína SET representam alvo terapêutico em potencial para terapia anti-leucêmica da LPA, principalmente para pacientes resistentes ao ATRA / Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K (hnRNP K) and endogenous inhibitor of phosphatase 2A (SET) are overexpressed and proposed as prognostic markers in acute and chronic myeloid leukemia. The study aim was to characterize the hnRNP K and SET proteins involvement in acute promyelocytic leukemia leukemia (APL) leukemogenesis as well as all-trans retinoic acid (ATRA) induced cell differentiation. Initial qRT-PCR results demonstrate that HNRNPK and SET mRNA levels are increased in patients diagnosed with APL compare to samples from healthy donors and decrease after induction and during maintenance of treatment. The results were validated by Western blot, suggesting hnRNP K and SET as diagnostic and response to treatment markers. The knockdown of hnRNP K and SET was performed on sensitive, NB4, and ATRA-resistant, NB4-R2, LPA cells using interfering RNA. Both proteins were also tested as a therapeutic target with a use of hnRNP K (U0126) and SET inhibitors (OP449 and FTY720). The decrease of hnRNP K in cells led to increased granulocyte cell differentiation in both cells, especially in the presence of ATRA, and thus was able to reverse the NB4-R2 cells resistance to ATRA phenotype. The hnRNP K knockdown, as well as the treatment with U0126, had a loss of cell viability by induction of apoptosis accompanied by cleavage of the SET protein. The SET knockdown in APL cells confirmed that an induction of apoptosis in cells with hnRNP K knockdown occurred by cleavage and not by the SET protein decrease in the cells. Furthermore, it has also shown that SET impairs the ATRA\'s performance in the cellular differentiation process. The in vivo model using NB4-R2 transplant in nude mice confirmed that arsenic trioxide (ATO) combined with U0126 has a greater potential against tumor progression compared to the treatment isolated with ATO. FTY720 and OP449 have significant anti-leukemic effect reducing cell viability. When in combination, FTY720 and OP449, they had a significant synergistic effect on NB4-R2 (CDI <0.7). We conclude that overexpression of hnRNP K and SET contributes to block cell differentiation in promyelocytes and impair the performance of ATRA in the treatment of APL and therefore hnRNPK in association with a SET protein represent a potential therapeutic target for anti-leukemic therapy of APL, mainly for patients resistant to ATRA

A ribonucleoproteína heterogênea nuclear K (hnRNP K) é uma proteína envolvida em processos de expressão gênica e tem sido proposta como ligante de RNAs mensageiros mitocondriais. Apesar de ser considerada um marcador de pior prognóstico no câncer de cabeça e pescoço, o papel da hnRNP K nesta doença ainda é pouco conhecido. O objetivo deste trabalho foi estudar o envolvimento da hnRNP K na mitocôndria com ênfase na bioenergética e na identificação de novos potenciais ligantes de hnRNP K. As linhagens celulares utilizadas foram de carcinoma de cabeça e pescoço (HN13 e CAL 27) com silenciamento de RNA para hnRNP K e células HEK293 com super-expressão de hnRNP K. O efeito do acúmulo celular da hnRNP K na cadeia transportadora de elétrons mitocondrial foi avaliado por meio da atividade dos complexos mitocondriais I, II e V em células HN13. A redução do nível de hnRNP K usando RNA de interferência promoveu uma diminuição da atividade dos complexos nas células HN13, indicando o envolvimento da proteína na eficiência do transporte de elétrons na cadeia respiratória mitocondrial. Células HEK293 com super-expressão da hnRNP K (HEK293/hnRNP K) e as linhagens HN13 e CAL 27 com silenciamento e redução estável de hnRNP K foram utilizadas para determinar o papel de hnRNP K no potencial de membrana mitocondrial, níveis de ATP, produção de lactato e consumo de oxigênio. Células HEK293/hnRNP K comparadas ao controle apresentaram maior nível de ATP, menor potencial de membrana mitocondrial, menor consumo de oxigênio e maior produção de lactato. As células HN13 com redução da hnRNP K apresentaram níveis mais baixos de ATP, com menor liberação de lactato para o meio extracelular e maior consumo de oxigênio. Esses resultados sugerem que o acúmulo da proteína hnRNP K tem ação importante na mitocôndria por alterar o metabolismo bioenergético celular de fosforilação oxidativa para glicólise anaeróbica. A estratégia de co-imunoprecipitação usando anticorpos para hnRNP K, digestão de proteínas com tripsina e cromatografia líquida acoplada a espectrômetria de massa foi usada para encontrar novos potenciais ligantes de hnRNP K. A análise dos dados com o software SEPro identificou 57 proteínas candidatas a ligantes da hnRNP K. Três proteínas foram validadas por co-IP e Western blotting: o fator de transcrição mitocondrial PTCD3, YB1 e PSF. Propomos que a hnRNP K apresenta função na energética mitocondrial, e provavelmente, a sua interação com PTCD3 participa desta função. / Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K (hnRNP K) is a protein involved in gene expression processes, which has been proposed to bind mitochondrial mRNAs. Despite it to be considered a prognostic marker in cancer, the hnRNPK role in this disease is unknown. We addressed the involvement of hnRNP K in mitochondria with emphasis on bioenergetics and identification of new potential ligands of hnRNP K. The cell lines used were from head and neck squamous cell carcinoma (HN13 and CAL 27) with RNA silencing for hnRNP K , and HEK293 cells with overexpression of hnRNP K. The effects of cellular accumulation of hnRNP K in mitochondrial electron chain carriers were assessed by the activity of mitochondrial complexes I, II and V in HN13 cells. Reduced levels of hnRNP K using RNA interference promoted a decrease in the activity of the complexes in HN13 cells, indicating the involvement of the protein in the efficiency of the electron transport in mitochondrial respiratory chain. HEK293 cells with overexpression of hnRNP K (HEK293/hnRNP K) and HN13 and CAL 27 cells with silencing and stable reduction of hnRNP K were used to determine the role of hnRNP K in mitochondrial membrane potential, ATP levels, lactate production and oxygen consumption. HEK293/hnRNP K, compared to control cells, showed higher levels of ATP, reduced mitochondrial membrane potential, lower oxygen consumption and higher production of lactate. HN13 cells with reduced hnRNP K had lower ATP levels, with lower release of lactate to the extracellular medium and higher oxygen consumption. These results suggest that accumulation of hnRNP K protein plays a role in mitochondria by changing the cellular energetic metabolism from oxidative phosphorylation to glycolysis. The strategy of co-immunoprecipitation using antibodies for hnRNP K, protein digestion with trypsin, and liquid chromatography, coupled to mass spectrometer, were used to search for new potential ligands of hnRNP K. Data analysis with software SEPro identified 57 candidate proteins binding to hnRNP K. Three proteins were validated by co-IP and Western blotting: the mitochondrial transcription factor PTCD3, YB1, and PSF. We propose that hnRNP K plays a role in the mitochondrial energetics, and probably its interaction with PTCD3 participates in this function.

L'épissage est une étape clef de la multiplication du VIH-1. Par utilisation de 4 sites donneurs et 8 sites accepteurs d'épissage, plus de 40 ARNm différents sont produits. Une approche protéomique nous a permis d'identifier de nouvelles protéines interagissant avec la région de l'ARN viral contenant le site A7. Nous avons démontré l'interaction directe avec l'ARN viral de 5 des protéines identifiées (nucléoline, hnRNP A1/B, hnRNP H et hnRNP K). Nous avons montré que hnRNP K a plusieurs sites de fixation dans la région du site A7 et que hnRNP A1et hnRNP K se lient de façon coopérative. Nous avons montré un effet inhibiteur de hnRNP K sur l'épissage au site A7. Comme la protéine hnRNP A1 est un régulateur négatif de plusieurs sites accepteurs d'épissage (A1, A2, A3, A7), nous avons testé si la protéine hnRNP K pouvait renforcer l'inhibition à ces sites. En fait, hnRNP K active l'épissage in vitro des introns entre le site donneur D1 et les sites accepteurs A1, A2 et A3. Nous avons montré que la protéine hnRNP K renforce fortement l'activité de ASF/SF2 au site A2, ce qui indique que selon le contexte, la protéine hnRNP K peut être activatrice ou inhibitrice de l'épissage du VIH-1. J'ai observé de plus que la surexpression de la protéine hnRNP K dans des cellules HeLa, transfectées avec le plasmide p PSP contenant le virus VIH-1 dépourvu de ses capacités d'encapsidation, produit un changement très marqué de l'épissage alternatif de l'ARN PSP, ce qui confirme la forte influence de hnRNP K sur l'épissage alternatif du VIH-1. L'augmentation de la concentration cellulaire de hnRNP K dans les cellules HeLa conduit aussi à une diminution de la protéine virale Nef. La protéine hnRNP K intervient donc non seulement dans la régulation du site A7, mais aussi dans celle de la majorité des sites d'épissage régulés de l'ARN du VIH. L'action de cette protéine sur plusieurs des sites d'épissage montre que la protéine hnRNP K est probablement un régulateur général de l'épissage de VIH-1 / HIV-1 pre-mRNA splicing depends upon 4 donor and 8 acceptor sites, which are used in combination to produce more than 40 different mRNAs. To further characterize nuclear factors involved in these processes, we purified RNP complexes formed by incubation of SLS2-A7 transcripts in HeLa cell nuclear extracts by affinity chromatography to identify new associated proteins. We showed that, in addition to the well known hnRNP A1 inhibitor of site A7, nucleolin, hnRNP H and hnRNP K interact directly with SLS2-A7 RNA. We demonstrated that hnRNP K has multiple binding sites in the vicinity of site A7 and that binds cooperatively to hnRNP A1 to the A7 RNA region and limits the A7 utilization in vitro. As hnRNP A1 is a negative regulator of several HIV-1 splicing sites (A1, A2, A3), we tested whether hnRNP K may also reinforce hnRNP A1 inhibition at these sites. Surprisingly, hnRNP K activated in vitro splicing of the D1-A1, D1-A2 and D1-A3 introns. Interestingly, hnRNP K was found to reinforce strongly the ASF/SF2 activity at site A2, which indicates that depending on the splicing site hnRNP K can be a splicing activator or inhibitor. To test how hnRNP K influences the relative utilization of HIV-1 splicing sites in cellulo, we used plasmid p PSP containing all the HIV-1 splicing sites and tested the effect of over-expression in HeLa cells on alternative splicing of the PSP RNA. Doubling the amount of hnRNP K in HeLa cells led to a drastic change of the PSP RNA alternative splicing, which confirms the strong influence of hnRNP K on alternative splicing. Moreover, increase of cellular concentration of hnRNP K strongly decrease the viral Nef protein production. hnRNP K protein affects A7 splicing regulation but also regulates the majority of regulated splicing sites of HIV. By extension of the study of hnRNP K effect to other HIV-1 splicing sites, we discovered that hnRNP K is a general regulator of HIV-1 splicing

O Projeto Genoma Humano do Câncer (PGHC), financiado pela FAPESP e pelo Instituto Ludwig de Pesquisa sobre o câncer, buscou identificar os genes expressos nos tipos mais comuns de câncer no Brasil. Tal projeto conseguiu identificar aproximadamente um milhão de seqüências de genes de tumores freqüentes no Brasil. A contribuição brasileira foi maior para tumores de cabeça e pescoço, mama e cólon. Uma das iniciativas mais recentes e estimuladas pelo PGHC é o projeto Genoma Clínico, o qual visa desenvolver novas formas de diagnóstico e tratamento do câncer através do estudo de genes expressos. A partir da análise molecular de tecidos saudáveis e neoplásicos em diferentes estágios, é possível identificar marcadores de prognóstico, permitindo escolhas de terapias mais adequadas e eficientes. A proteína hnRNP K foi identificada como um desses marcadores, em neoplasias da região da cabeça e pescoço, sendo objetivo deste estudo a aplicação de técnicas de bioinformática e modelagem molecular no planejamento baseado em estrutura de candidatos a fármacos antineoplásicos que bloqueiem a atividade da proteína. A proteína hnRNP K apresenta diversas funções e é encontrada nos mais diversos compartimentos celulares, interferindo, basicamente, no sistema de expressão gênica. Essa proteína apresenta 3 domínios KH, os quais são responsáveis por sua ligação à moléculas de DNA e RNA. Modelos de boa qualidade dos domínios KH foram construídos através da estratégia de modelagem molecular por homologia estrutural. Após screening virtual em bases de dados de compostos (330.000 aproximadamente) com propriedades drug-like, 15 compostos com potencial de interação com o domínio KH3 foram selecionados. Os modos de ligação para cada um dos mesmos no sítio ligante do domínio KH3 foram sugeridos por simulações de docking e apresentaram um bom encaixe espacial com os sítios receptores virtuais calculados pelos campos de interação molecular. Simulações de dinâmica molecular foram realizadas com o intuito de avaliar a estabilidade dos compostos selecionados, que também foram avaliados quanto à presença de grupamentos toxicofóricos em sua estrutura. / The Brazilian Project Genoma Câncer (PGHC) supported by FAPESP and the Ludwig Institute for Cancer Research, intended to identify the genes involved in the most common cases of cancer in Brazil. In this project about a million of gene sequences were identified. The major contribution was made in breast, colorectal and head and neck cancers. The results obtained stimulated the creation of another project, called Genoma Clínico, which intend to develop new trends in treatments and diagnosis of cancer based on the study of expressed genes. Analyzing healthy and neoplasic tissues in different stages, it is possible to identify molecular markers related to the prognosis of cancer, allowing the use of more efficient therapies. The hnRNP K protein was identified as a molecular marker in head and neck cancer, where the objective of this work lies in the application of bioinformatics and molecular modeling strategies by structure-based drug design to identify potential antineoplasic drug candicates that could act against hnRNP K protein. The hnRNP K protein is encountered in all cellular compartments and act, basically, in the gene expression pathways. Its structure is composed by three KH domains that mediate interactions with DNA and RNA molecules. High quality models of KH domains were built by homology modeling. After the virtual screening simulations performed with drug-like compound databases, containing approximately 330.000 compounds, 15 were selected as potential ligands of KH3 domain of hnRNP K. The binding modes suggested for these compounds, by docking simulations, presented a good spatial fit when compared with the virtual receptor sites calculated by molecular interaction fields. Molecular dynamics simulations were performed in order to evaluate de stability of the binding modes suggested. The potential ligands were also evaluated to identify toxicophoric features in its chemical structures.

O Projeto Genoma Humano do Câncer (PGHC), financiado pela FAPESP e pelo Instituto Ludwig de Pesquisa sobre o câncer, buscou identificar os genes expressos nos tipos mais comuns de câncer no Brasil. Tal projeto conseguiu identificar aproximadamente um milhão de seqüências de genes de tumores freqüentes no Brasil. A contribuição brasileira foi maior para tumores de cabeça e pescoço, mama e cólon. Uma das iniciativas mais recentes e estimuladas pelo PGHC é o projeto Genoma Clínico, o qual visa desenvolver novas formas de diagnóstico e tratamento do câncer através do estudo de genes expressos. A partir da análise molecular de tecidos saudáveis e neoplásicos em diferentes estágios, é possível identificar marcadores de prognóstico, permitindo escolhas de terapias mais adequadas e eficientes. A proteína hnRNP K foi identificada como um desses marcadores, em neoplasias da região da cabeça e pescoço, sendo objetivo deste estudo a aplicação de técnicas de bioinformática e modelagem molecular no planejamento baseado em estrutura de candidatos a fármacos antineoplásicos que bloqueiem a atividade da proteína. A proteína hnRNP K apresenta diversas funções e é encontrada nos mais diversos compartimentos celulares, interferindo, basicamente, no sistema de expressão gênica. Essa proteína apresenta 3 domínios KH, os quais são responsáveis por sua ligação à moléculas de DNA e RNA. Modelos de boa qualidade dos domínios KH foram construídos através da estratégia de modelagem molecular por homologia estrutural. Após screening virtual em bases de dados de compostos (330.000 aproximadamente) com propriedades drug-like, 15 compostos com potencial de interação com o domínio KH3 foram selecionados. Os modos de ligação para cada um dos mesmos no sítio ligante do domínio KH3 foram sugeridos por simulações de docking e apresentaram um bom encaixe espacial com os sítios receptores virtuais calculados pelos campos de interação molecular. Simulações de dinâmica molecular foram realizadas com o intuito de avaliar a estabilidade dos compostos selecionados, que também foram avaliados quanto à presença de grupamentos toxicofóricos em sua estrutura. / The Brazilian Project Genoma Câncer (PGHC) supported by FAPESP and the Ludwig Institute for Cancer Research, intended to identify the genes involved in the most common cases of cancer in Brazil. In this project about a million of gene sequences were identified. The major contribution was made in breast, colorectal and head and neck cancers. The results obtained stimulated the creation of another project, called Genoma Clínico, which intend to develop new trends in treatments and diagnosis of cancer based on the study of expressed genes. Analyzing healthy and neoplasic tissues in different stages, it is possible to identify molecular markers related to the prognosis of cancer, allowing the use of more efficient therapies. The hnRNP K protein was identified as a molecular marker in head and neck cancer, where the objective of this work lies in the application of bioinformatics and molecular modeling strategies by structure-based drug design to identify potential antineoplasic drug candicates that could act against hnRNP K protein. The hnRNP K protein is encountered in all cellular compartments and act, basically, in the gene expression pathways. Its structure is composed by three KH domains that mediate interactions with DNA and RNA molecules. High quality models of KH domains were built by homology modeling. After the virtual screening simulations performed with drug-like compound databases, containing approximately 330.000 compounds, 15 were selected as potential ligands of KH3 domain of hnRNP K. The binding modes suggested for these compounds, by docking simulations, presented a good spatial fit when compared with the virtual receptor sites calculated by molecular interaction fields. Molecular dynamics simulations were performed in order to evaluate de stability of the binding modes suggested. The potential ligands were also evaluated to identify toxicophoric features in its chemical structures.

Lors de la transcription de gènes, il y a production d'un pré-ARN messager qui subira plusieurs étapes de maturation pour former l'ARN messager (ARNm) pouvant coder pour une protéine. Une de ces étapes est l'épissage qui consiste à exciser des portions (appelés les introns) pour juxtaposer les autres séquences (les exons), formant ainsi l'ARNm.Lors de l'épissage alternatif, un exon peut parfois être excisé menant à la formation d'un autre isoforme d'ARNm, donc possiblement d'une autre protéine, à partir d'un seul gène. Il est maintenant estimé que plus de 97% des pré-ARNm humains multi-exoniques subissent l'épissage alternatif, permettant ainsi une augmentation considérable de la quantité de protéines codées par les 30 000 gènes humains. Certaines des protéines produites par épissage alternatif peuvent avoir des activités très différentes, voire antagonistes. Ceci est souvent le cas dans l'apoptose, soit la mort cellulaire programmée. Le gène bcl-x, par exemple, peut mener à la formation de deux isoformes majoritaires. Lorsque le site d'épissage 5' proximal est utilisé, il y a formation de Bcl-x[indice inférieur L], codant pour une protéine ayant une activité anti-apoptotique, donc favorisant la survie de la cellule. Par contre, lorsque le site d'épissage 5' distal est utilisé, il y a formation d'un ARNm ayant perdu un exon de 189 nucléotides (nt) qui code pour Bcl-x[indice inférieur s], qui favorisera l'apoptose. L'épissage alternatif de ce pré-ARNm, comme les autres, est évidement bien contrôlé par des séquences présentes sur l'ARN, des facteurs protéiques liant ces séquences et des signaux cellulaires régulant l'activité de ceux-ci. Ma thèse consistait à analyser ces trois aspects et mon travail a mené à la découverte de deux protéines liant le pré-ARNm de bcl-x afin de réguler son épissage, ainsi que d'une région nécessaire à la signalisation cellulaire par la protéine kinase C (PKC). Au début, j'ai aidé à l'identification des hnRNP F et H qui lient une région riche en guanidine, nommée B2G, présente dans l'exon alternatif. Ces protéines lient cet élément et ainsi augmenterait la formation de l'isoforme Bcl-x[indice inférieur s]. Ces résultats sont présentés en annexe. Par la suite, j'ai identifié une région contenant deux éléments antagonistes, soit B1AC et B1u, située 10 nt en amont du site Bcl-x[indice inférieur s]. B1AC augmente l'utilisation de ce site, tandis que B1u fait le contraire, par la liaison de hnRNP K. Cette protéine est souvent fortement exprimée dans certains types de cancer, en accord avec son activité d'inhibition de l'isoforme pro-apoptotique. Ceci est présenté dans la première partie de ma thèse. La deuxième section de ma thèse consiste à l'identification d'une grande région nommée SB1 (361 nt) située au début de l'exon 2. De façon basale, cet élément inhibe le site Bcl-x[indice inférieur s]. Cependant, lors du blocage de l'activité de la PKC par la staurosporine, l'inhibition est perdue entrainant ainsi une forte augmentation de cet isoforme. L'inhibition de la PKC dans les lignées cellulaires cancéreuses n'entraîne pas cet effet sur l'épissage de Bcl-x, suggérant que la voie de signalisation de PKC est déréglée ou non-couplée à la régulation du gène apoptotique Bcl-x dans les cancers. L'avancement de la compréhension de l'épissage alternatif de gènes clés impliqués dans certaines maladies, tel que bcl-x dans le cancer, est primordial pour une meilleure compréhension de celles-ci. Cette thèse présente ma participation dans l'étude de la régulation de l'épissage alternatif de bcl-x .