Um dos mais versáteis mecanismos de reparo de DNA é o reparo por excisão de nucleotídeos (nucleotide excision repair- NER). Defeitos genéticos associados a esta via podem gerar diferentes síndromes com deficiência de reparo. Dentre essas, Xeroderma pigmentosum (XP) é a que apresenta maior sensibilidade à luz solar, resultando em um grande aumento na incidência de tumores em regiões expostas da pele e, em alguns casos, degeneração neurológica progressiva e envelhecimento prematuro. Na primeira parte deste projeto é apresentado o uso de adenovírus recombinantes portando genes da via de NER para identificar a deficiência gênica de três pacientes portadores de XP. Na segunda parte do trabalho os estudos de reparo de DNA são estendidos a modelos animais, com deficiências nos mesmos genes carregados pelos vetores adenovirais. A expressão gênica do vetor foi avaliada pela detecção de proteína e por visualização da fluorescência de EGFP na pele dos animais infectados. Em resumo, este trabalho apresenta o uso eficiente de vetores adenovirais portando genes de reparo em ensaios in vitro e in vivo, e descreve duas mutações deletérias no gene XPC de pacientes XP brasileiros, incluindo uma mutação nova. / One of the most versatile mechanisms of DNA repair is the nucleotide excision repair (NER). Genetic defects in NER can generate different syndromes. Among these, Xeroderma pigmentosum) presents the highest sensitivity to sunlight, resulting in a large increase in the incidence of skin cancer, especially in areas exposed to the sunlight, and in some cases, progressive neurological degeneration and premature aging. In the first part of this project, adenoviral vectors carrying NER genes were used to identify genetic deficiency of three XP patients. The second part of work was extended to animal models, deficient for the same XP genes carried by adenoviral vectors. The genetic expression of vector was evaluated by detection of protein and EGFP fluorescence visualization in the skin of animals transduced. In summary, this work presents the use of adenovirus, carrying DNA repair genes for in vitro in vivo studies reports two deleterious mutations in Brazilian XP patients, including a new mutation.

Um dos mais versáteis mecanismos de reparo de DNA é o reparo por excisão de nucleotídeos (nucleotide excision repair- NER). Defeitos genéticos associados a esta via podem gerar diferentes síndromes com deficiência de reparo. Dentre essas, Xeroderma pigmentosum (XP) é a que apresenta maior sensibilidade à luz solar, resultando em um grande aumento na incidência de tumores em regiões expostas da pele e, em alguns casos, degeneração neurológica progressiva e envelhecimento prematuro. Na primeira parte deste projeto é apresentado o uso de adenovírus recombinantes portando genes da via de NER para identificar a deficiência gênica de três pacientes portadores de XP. Na segunda parte do trabalho os estudos de reparo de DNA são estendidos a modelos animais, com deficiências nos mesmos genes carregados pelos vetores adenovirais. A expressão gênica do vetor foi avaliada pela detecção de proteína e por visualização da fluorescência de EGFP na pele dos animais infectados. Em resumo, este trabalho apresenta o uso eficiente de vetores adenovirais portando genes de reparo em ensaios in vitro e in vivo, e descreve duas mutações deletérias no gene XPC de pacientes XP brasileiros, incluindo uma mutação nova. / One of the most versatile mechanisms of DNA repair is the nucleotide excision repair (NER). Genetic defects in NER can generate different syndromes. Among these, Xeroderma pigmentosum) presents the highest sensitivity to sunlight, resulting in a large increase in the incidence of skin cancer, especially in areas exposed to the sunlight, and in some cases, progressive neurological degeneration and premature aging. In the first part of this project, adenoviral vectors carrying NER genes were used to identify genetic deficiency of three XP patients. The second part of work was extended to animal models, deficient for the same XP genes carried by adenoviral vectors. The genetic expression of vector was evaluated by detection of protein and EGFP fluorescence visualization in the skin of animals transduced. In summary, this work presents the use of adenovirus, carrying DNA repair genes for in vitro in vivo studies reports two deleterious mutations in Brazilian XP patients, including a new mutation.

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O NER é uma via de reparo de DNA capaz de lidar com uma ampla variedade de lesões. Participam do NER diversas proteínas, entre elas a endonuclease XPG. Pacientes que possuem mutações no gene XPG apresentam a síndrome XP, e em alguns casos XP/CS. Investigamos a natureza genética de dois pacientes XP-G, que são irmãos e apresentam fenótipo moderado. As células destes pacientes demonstraram alta sensibilidade à luz UVC. Quando expostas a um agente oxidativo, apenas células XP-G/CS exibiram sensibilidade. Identificamos duas mutações missense no gene XPG desses pacientes, e comparamos com outras mutações existentes. Observamos que as mutações possuem um impacto negativo na funcionalidade de XPG. A proteína com a mutação p.Ala28Asp exibiu uma atividade residual em testes de complementação. Os resultados indicam que o fenótipo XP-G desses pacientes é causado por duas mutações missense em heterozigose composta, e que células portadoras dessas alterações exibem respostas diferenciadas frente aos estresses genotóxicos causados pela luz UV e pelo agente oxidativo utilizado. / NER is the most flexible of all known DNA repair mechanisms. XPG is an endonuclease that participates in the final steps of NER. Mutations in this gene may result in the human syndrome XP and, in some cases, in the XP/CS. We investigated the genetic nature in two XP-G patients, siblings and mildly affected. The cells from these patients demonstrated the high UV sensitivity typical of this syndrome. When exposed to an oxidative agent, only XP-G/CS cells exhibited sensitivity. We identified two missense mutations in the XPG gene of these patients, and a comparison with other known mutations is presented. These mutations have a negative impact in the function of XPG. The protein harboring the mutation p.Ala28Asp exhibited residual activity in complementation tests. These results indicate that the phenotype of XP-G patients is caused by two missense mutations in a compound heterozygous manner, and that the cells carrying these alterations exhibit different responses against genotoxic stress caused by the UV light and by the oxidative agent used.

A integridade do DNA é ameaçada pelos efeitos lesivos de inúmeros agentes físicos e químicos que podem vir a comprometer sua função. Um dos mais versáteis e estudados mecanismos de reparo de DNA é o reparo por excisão de nucleotídeos (NER). Este mecanismo remove lesões que causam distorções na dupla fita de DNA, incluindo dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) e 6-4 fotoprodutos (6-4 PPs), provocados pela radiação de luz ultravioleta (UV). Em humanos, a síndrome genética xeroderma pigmentosum (XP) apresenta uma alta sensibilidade à luz solar, resultando em um grande aumento na incidência de tumores em regiões expostas da pele e degeneração neurológica progressiva. O gene xpa parece estar envolvido diretamente no reconhecimento de lesões produzidas pela luz UV, atuando tanto no reparo global (GGR) como no reparo acoplado à transcrição (TCR). A modulação da expressão deste gene deve alterar as taxas de reparo no genoma celular, fornecendo valiosa contribuição para o estudo do reparo de DNA no NER e em outras vias distintas. No entanto, não foi possível a atenuação ou inativação total do transcrito XPA, provavelmente devido ao baixo número de moléculas de mRNA nas células e da relativa estabilidade da proteína XPA. A expressão controlada do cDNA xpa em células deficientes XP12RO foi conseguida através da transfecção do vetor indutível por muristerona A, pINXA. O clone INXA15M mostrou-se eficiente na indução da proteína XPA, complementando células XP12RO. Quantidades reduzidas de XPA foram suficientes para a complementação total de células XP12RO na sobrevivência frente à luz UV, ou para a atividade de reparo de DNA no genoma global. Entretanto, observou-se uma maior incidência de células apoptóticas em períodos de tempo curtos após a UV, quando comparamos com células proficientes para o reparo de DNA (HeLa). O vetor adenoviral portando o cDNA xpa (AdyXPA) mostrou-se eficiente na complementação de fibroblastos derivados de pacientes XPA. Apesar do curto período de expressão do transgene e da conhecida reação imunológica produzida pelos adenovirus, este vetor representa uma potencial ferramenta para testes de complementação, identificação de mutações e busca de sistemas de correção gênica de pacientes XP. / The DNA integrity is always threatened by the damage effects of physical and chemical agents that could jeopardy its function. The nucleotide excision repair (NER) is one of the most known and flexible mechanisms of DNA repair. This mechanism can recognize and remove DNA double-helix distortion, including the cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) and the pyrimidine-pyrimidone (6-4) photoproduct, promoted by ultraviolet light (UV). The human syndrome xeroderma pigmentosum (XP) is clinically characterized chiefly by the early onset of severe photosensitivity of the exposed regions of the skin, a very high incidence of skin cancers and frequent neurological abnormalities. The xpa gene seems to be involved during the UV damage recognition, in both global genome repair (GGR) and transcription-coupled repair (TCR). This gene modulation may modify the DNA repair rate in the cell genome, providing valuable contribution to the NER understanding and other DNA repair pathways. However, the complete inactivation or even the attenuation of the XPA transcript was not possible, mainly because of the low abundance mRNA per cell and the high stability of the XPA protein. The controlled expression of the cDNA xpa in XP12RO deficient cells was achieved through the transfection of a muristerone-A inducible vector, pINXA. The INXA15M clone shows good induction of the XPA protein and total complementation of XP12RO cells deficiency. Small quantities of the XPA protein do not interfere in the cellular UV sensitivity and the DNA repair activity in the global genome. Nevertheless, a higher number of cells in the apoptotic process were detected in short periods of time after UV light when compared to normal cells (HeLa). The adenovirus vector carrying the cDNA xpa (AdyXPA) can efficiently complement XPA patients’ fibroblast cells. In spite of the short period of the transgene expression and the known imunological reaction caused by adenovirus, this vector represents a potential tool for gene complementation diagnostic and gene correction in XP patients.

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Orientador: Carmen Silvia Passos Lima / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas / Made available in DSpace on 2018-08-26T16:24:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RinckJunior_JoseAugusto_D.pdf: 4925898 bytes, checksum: cf6e78a6e4ad84c7bbe48d34d75fdae6 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: As glutationa S-transferases (GSTs) são enzimas detoxificantes. Os genes GSTM1 e GSTT1 são polimórficos e quando deletados perdem a expressão enzimática. As proteínas codificadas pelos genes XPD são responsáveis pelo reparo de lesões do DNA causadas pela luz solar. Polimorfismos nestes genes também podem codificar proteínas com funções comprometidas, em especial o Lys751Gln e o Asp312Asn do gene XPD. Ainda não é claro o papel dos polimorfismos destes genes no risco de melanoma cutâneo (MC) ou se estão associados com os aspectos clínicopatológicos. Foram incluídos 489 indivíduos (231 pacientes, 258 controles). A genotipagem foi realizada por reação em cadeia da polimerase e digestão enzimática. O risco de MC esteve aumentado em 2,00 (IC 95%: 1,05-3,81, P= 0,03) vezes em portadores do genótipo GSTT1 nulo + Asp/Asn + Asn/Asn do XPD Asp312Asn. O GSTT1 nulo elevou o risco de MC metastático em 3,75 (IC 95%: 1,48-9,44, P= 0,006) vezes e se combinado ao GSTM1 nulo em 7,33 (IC 95%: 2,09-25,68, P= 0,003) vezes. O alelo 312Asn elevou o risco de MC no tronco ou membros em 1,80 (IC 95%: 1,19-2,73, P= 0,005) vezes e do subtipo extensivo superficial ou nodular em 1,80 (IC 95%: 1,14-2,84, P= 0,01) vezes. Os genótipos Asn/Asn + Gln/Gln elevou o risco de MC de níveis I, II ou III de Clark em 2,46 (IC 95%: 1,12-5,37, P= 0,02) vezes. Os genótipos GSTM1 nulo + GSTT1 nulo (HR: 3,18; IC95%: 1,21-8,36, P= 0,01) e o genótipo GSTT1nulo + Gln/Gln (HR: 5,93; IC95%: 1,53-22,91, P= 0,01) estiveram associados a maior risco de morte. Concluímos que os referidos polimorfismos em combinações específicas podem aumentar a susceptibilidade ao MC e influenciar suas características clínicopatológicas e sobrevida / Abstract: The glutathione S-transferases (GST) are detoxifying enzymes; the GSTM1 and GSTT1 genes are polymorphic and when deleted lose enzyme expression. The XPD proteins are responsible for DNA damage repair caused by sunlight. Polymorphisms (SNPs) in XPD genes may also result proteins with impaired function, in particular Lys751Gln and Asp312Asn. However It¿s not entirely clear whether the SNPs of these genes influence the risk of cutaneous melanoma (CM) or are associated with clinic pathological aspects of this disease. In the present study 489 individuals were included (231 patients and 258 controls). Genotyping was performed by polymerase chain reaction and enzyme digestion. The risk of MC was increased 2.00-fold (95% CI: 1.05-3.81, P= 0.03) in carriers of the GSTT1 null combined with Asp/Asn + Asn/Asn genotype of XPD Asp312Asn. The GSTT1 null genotype and GSTT1 null + GSTM1 null genotype increased the risk of metastatic MC by 3.75-fold (95% CI: 1.48-9.44, P= 0.006) and 7.33-fold (95% CI: 2.09-25.68, P= 0.003), respectively. The allele 312Asn increased the risk of MC in the trunk or limbs in 1.80-fold (95% CI: 1.19-2.73, P= 0.005) and superficial spreading or nodular subtype in 1.80-fold (95%: 1.14-2.84, P= 0.01). The combined Asn/Asn + Gln/Gln genotype raised the risk of MC in Clark¿s level I, II or III in 2.46-fold (95% CI: 1.12-5.37, P= 0.02). The genotype GSTM1null + GSTT1 null (HR: 3.18; 95% CI: 1.21-8.36, P= 0.01) and GSTT1 null + Gln/Gln (HR: 5.93; 95% CI: 1.53-22.91, P= 0.01) were predictive of lower overall survival. In conclusion, polymorphisms in specific genes combinations may increase susceptibility to MC and influence their clinic pathological features and survival / Doutorado / Clinica Medica / Doutor em Clínica Médica

A integridade do DNA é ameaçada pelos efeitos lesivos de inúmeros agentes físicos e químicos que podem vir a comprometer sua função. Um dos mais versáteis e estudados mecanismos de reparo de DNA é o reparo por excisão de nucleotídeos (NER). Este mecanismo remove lesões que causam distorções na dupla fita de DNA, incluindo dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) e 6-4 fotoprodutos (6-4 PPs), provocados pela radiação de luz ultravioleta (UV). Em humanos, a síndrome genética xeroderma pigmentosum (XP) apresenta uma alta sensibilidade à luz solar, resultando em um grande aumento na incidência de tumores em regiões expostas da pele e degeneração neurológica progressiva. O gene xpa parece estar envolvido diretamente no reconhecimento de lesões produzidas pela luz UV, atuando tanto no reparo global (GGR) como no reparo acoplado à transcrição (TCR). A modulação da expressão deste gene deve alterar as taxas de reparo no genoma celular, fornecendo valiosa contribuição para o estudo do reparo de DNA no NER e em outras vias distintas. No entanto, não foi possível a atenuação ou inativação total do transcrito XPA, provavelmente devido ao baixo número de moléculas de mRNA nas células e da relativa estabilidade da proteína XPA. A expressão controlada do cDNA xpa em células deficientes XP12RO foi conseguida através da transfecção do vetor indutível por muristerona A, pINXA. O clone INXA15M mostrou-se eficiente na indução da proteína XPA, complementando células XP12RO. Quantidades reduzidas de XPA foram suficientes para a complementação total de células XP12RO na sobrevivência frente à luz UV, ou para a atividade de reparo de DNA no genoma global. Entretanto, observou-se uma maior incidência de células apoptóticas em períodos de tempo curtos após a UV, quando comparamos com células proficientes para o reparo de DNA (HeLa). O vetor adenoviral portando o cDNA xpa (AdyXPA) mostrou-se eficiente na complementação de fibroblastos derivados de pacientes XPA. Apesar do curto período de expressão do transgene e da conhecida reação imunológica produzida pelos adenovirus, este vetor representa uma potencial ferramenta para testes de complementação, identificação de mutações e busca de sistemas de correção gênica de pacientes XP. / The DNA integrity is always threatened by the damage effects of physical and chemical agents that could jeopardy its function. The nucleotide excision repair (NER) is one of the most known and flexible mechanisms of DNA repair. This mechanism can recognize and remove DNA double-helix distortion, including the cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) and the pyrimidine-pyrimidone (6-4) photoproduct, promoted by ultraviolet light (UV). The human syndrome xeroderma pigmentosum (XP) is clinically characterized chiefly by the early onset of severe photosensitivity of the exposed regions of the skin, a very high incidence of skin cancers and frequent neurological abnormalities. The xpa gene seems to be involved during the UV damage recognition, in both global genome repair (GGR) and transcription-coupled repair (TCR). This gene modulation may modify the DNA repair rate in the cell genome, providing valuable contribution to the NER understanding and other DNA repair pathways. However, the complete inactivation or even the attenuation of the XPA transcript was not possible, mainly because of the low abundance mRNA per cell and the high stability of the XPA protein. The controlled expression of the cDNA xpa in XP12RO deficient cells was achieved through the transfection of a muristerone-A inducible vector, pINXA. The INXA15M clone shows good induction of the XPA protein and total complementation of XP12RO cells deficiency. Small quantities of the XPA protein do not interfere in the cellular UV sensitivity and the DNA repair activity in the global genome. Nevertheless, a higher number of cells in the apoptotic process were detected in short periods of time after UV light when compared to normal cells (HeLa). The adenovirus vector carrying the cDNA xpa (AdyXPA) can efficiently complement XPA patients’ fibroblast cells. In spite of the short period of the transgene expression and the known imunological reaction caused by adenovirus, this vector represents a potential tool for gene complementation diagnostic and gene correction in XP patients.

Nucleotide excision repair (NER) and ataxia telangiectasia mutated (ATM)/ATR (ATM- and RAD3-related) NA damage checkpoints are among the major pathways that affect the chemotherapeutic efficiency of the anticancer rug cisplatin. Xeroderma pigmentosum group A (XPA) protein plays a crucial role in NER including both global enome repair (GG-NER) and transcription-coupled repair (TC-NER) subpathways, and has been a potential target for mproving cisplatin therapeutic effects. We report here that XPA translocates from the cytosol into the nucleus after NA damage induced by UV irradiation and cisplatin, a mimetic of UV damage, in human cells with or without p53 deficiency. However, the damage-induced response of XPA nuclear import was significantly slower in p53-deficient cells than in p53-proficient cells. We also found that while XPA is imported into the nucleus upon cisplatin or UV damage in an ATR-dependent manner in p53-proficient A549 lung cancer cells, the ATR checkpoint pathway has no effect on the XPA nuclear import in p53-deficient H1299 lung cancer cells. Similarly, the XPA nuclear translocation is not regulated by ATM checkpoint or by p38MAPK/MK2 either. Our findings suggest that NER is independent on the major DNA damage checkpoint pathways in H1299 (p53-/-) cells and that DNA damage responses are mechanistically different between p53-proficient and p53-deficient cells. Our results also highlight the possibility of selectively targeting XPA nuclear import as a way to sensitize cisplatin anticancer activity, but targeting ATR/ATM-dependent checkpoints may not be helpful in killing p53-deficient cancer cells.

Apesar de altamente estável, o DNA sofre milhares de alterações em sua estrutura diariamente, sejam essas espontâneas ou pela exposição a agentes mutagênicos. A maior parte dessas alterações é prontamente removida por um conjunto de eventos de reparo de DNA. A via de reparo por excisão de nucleotídeos (NER) é a mais versátil e flexível lidando com uma variedade de lesões que podem gerar distorções das hélices do DNA. Esses danos resultam em alterações características que, caso não reparadas, podem gerar mutações ou morte celular e, consequentemente, câncer e envelhecimento. Algumas síndromes, nas quais os pacientes são sensíveis à luz solar, estão relacionadas à deficiência no processo de NER, como a Xeroderma Pigmentosum (XP), síndrome de Cockayne (CS) e Tricotiodistrofia (TTD). Indivíduos brasileiros, incluindo pacientes com diagnóstico clínico de XP e membros das famílias, passaram por um processo in silico para a identificação variantes em genes relacionados aos processos de reparo do DNA após o sequenciamento do DNA por plataformas de nova geração (NGS: plataforma ABI 5500XL SOLiD e MiSeq Illumina) e análises de Bioinformática. Para cada paciente, foram selecionados os melhores valores de parâmetros para se realizar a busca por variantes considerando a qualidade de alinhamento e a taxa de cobertura das bases alvo. SNPs já depositados no banco de dados do projeto 1000genomes foram removidos de nossos dados. O restante das variantes foi analisado para encontrar potenciais candidatos que poderiam explicar o diagnóstico clínico do paciente. Em muitas amostras foi possível determinar pelo menos uma variante (mutação) com uma elevada possibilidade de ser responsável pelos sintomas XP. Para alguns pacientes, a má qualidade do sequenciamento ou eventos não esclarecidos durante este, dificultou a identificação de candidatos à mutação patogênica. Potenciais mutações não sinônimas foram analisadas com os programas SIFT e PROVEAN, que identificaram a potencial capacidade deletéria da alteração de aminoácido na proteína. Finalmente, foi desenvolvida uma interface de domínio público amigável, a Human Variantes do Finder Interface (http://www.varfinderhg.com.br), que visa facilitar a identificação de variantes em dados gerados por NGS. / Although highly stable, DNA molecule undergoes thousands of damage in its structure every day, due to spontaneous lesions or exposure to various mutagens. Most of these lesions are readily removed by a number of cellular DNA repair processes. The process of nucleotide excision repair (NER) is the most versatile and flexible dealing with a variety of lesions that can lead to distortions of the DNA strands. Ultraviolet irradiation induced DNA damage are the main substrates for NER. These DNA damage, if not repaired, can generate mutations or cell death causing several diseases, including cancer and aging. Some syndromes, sensitive to sunlight, are related to deficiencies in the NER process, such as Xeroderma Pigmentosum (XP), Cockayne syndrome (CS) and Trichothiodystrophy (TTD). Brazilian individuals, including patients with clinical diagnosis of XP and family members, went through in silico process for the identification of variants in genes related to DNA repair processes after DNA sequencing by next generation sequencing (NGS in the platforms ABI 5500XL SOLiD and MiSeq Illumina) and dedicated Bioinformatics pipelines. For each patient the best search pattern of variant calling was used considering the alignment quality and coverage rate of bases in target. SNPs already deposited at the 1000genomes project database were removed from the data. The remaining variants were analyzed to find potential candidates that could explain the clinical diagnosis. In many samples, it was possible to determine at least one variant (mutation) with a high possibility of being responsible for the clinical XP. For some patients, the poor quality of the sequencing or unclear events during sequencing hampered the identification of clear mutation candidates. Potential nonsynonymous mutations were analyzed with SIFT and PROVEAN softwares, which identified the potential deleterious capacity of the amino acid change in the protein. Finally, we developed a user-friendly public domain interface, the Human Variants Finder Interface (http://www.varfinderhg.com.br), which, we expect, will facilitate the identification of variants in data generated by NGS.