Estudo da cromatina nos sítios de fixação à matriz nuclear no domínio do gene <i>TP53</i> e das modificações epigenéticas e no modelo de progressão tumoral mamária 21T

Dentre os diversos tipos de câncer agressivos, o câncer de mama é o mais comum em mulheres. Mutações hereditárias e adquiridas, assim como alterações epigenéticas atuam em sinergia na carcinogênese mamária e na progressão tumoral. A proteína P53 é uma supressora de tumor e possui uma atuação fundamental na integridade genômica. Apesar do vasto conhecimento sobre o controle da P53 a nível de proteína, ainda pouco se sabe sobre o controle transcricional do gene <i>TP53</i>. A série 21T, uma série de 4 linhagens celulares originadas da mama da mesma paciente, representando diferentes estágios de progressão tumoral mamária, é um eficiente modelo para investigação das alterações epigenéticas e suas influências na expressão gênica ao longo da progressão do câncer de mama. Nós analisamos a organização do domínio do gene <i>TP53</i> através da técnica de arranjo de DNA, em diversas linhagens celulares de câncer de mama e linhagens controle, e realizamos uma tentativa de caracterizar estes elementos de DNA nas linhagens controle não-tumorais HB2 e MCF10A e nas tumorais MCF-7, MDA-MB-231, T47D, através dos marcadores epigenéticos de eucromatina, H4Ac, e heterocromatina, H3K9me3. Ainda analisamos a ligação de proteínas à região associada à matriz nuclear (MAR), denominada MAR 2, e a possível ligação da proteína ligante à matriz nuclear (MARBP), PARP-1, através de ensaios de gel shift (EMSA). Detectamos que na linhagem controle epitelial mamária, HB2, o gene <i>TP53</i> está posicionado num domínio de DNA relativamente pequeno, aproximadamente 50 kb, delimitado por dois sítios de fixação à matriz nuclear. Interessantemente, esta estrutura de domínio se apresentou radicalmente diferente nas linhagens de câncer de mama estudadas, MCF7, T47D, MDA-MB-231 e BT474, nos quais o tamanho do domínio estudado estava aumentado e a transcrição do <i>TP53</i> diminuída. Os enriquecimentos com os marcadores epigenéticos de cromatina H4Ac e H3K9me3 estão diferentemente distribuídos nas MARs nas linhagens celulares. Surpreendentemente, a MAR 2 apresentou uma ligação altamente específica, o que poderia representar a atuação de fatores transcricionais envolvidos na organização da cromatina. Através de programas de bioinformática, detectamos putativos sítios para interessantes fatores de transcrição, tais como o c/EBP-beta e c-myb, que poderiam atuar em cis regulando a expressão do gene <i>TP53</i> e outros flanqueadores. Nós propusemos um modelo para a organização da cromatina na região de domínio do gene <i>TP53</i> com os genes flanqueadores. Através da série 21T, detectamos uma hipometilação global genômica, nas células cancerosas 21NT e 21MT1. Uma importante diminuição da expressão global do marcador H4Ac nas células metastáticas 21MT1, foi detectada em relação às outras linhagens. Os níveis de RNAm das principais enzimas relacionadas as modificações epigenéticas são consistentes com as observadas hipometilação genômica e hipoacetilação. Através de microscopia confocal, verificamos que o marcador H4Ac está localizado, na maior parte na periferia e o marcador H3K9me3, pericêntrico nos núcleos tumorais. Por fim, verificamos que o promotor P1 do gene <i>TP53</i> apresenta um estado de cromatina aberta, e a expressão do gene <i>TP53</i> é similar em todas as células da série 21T.

Breast cancer is the most common aggressive cancer type in women. Inherited and acquired mutations as well as epigenetic alterations act together in breast carcinogenesis and tumor progression. P53 is a tumor suppressor protein critical for genome integrity. Although its control at the protein level is well known, the transcriptional regulation of the <i>TP53</i> gene is still unclear. The 21T series, a series of 4 breast cell lines originating from the same patient and representative of the breast tumor progression stages, is a suitable model to investigate epigenetic alterations and their influences upon gene expression during breast tumor progression. We have analyzed the organization of the <i>TP53</i> gene domain using DNA arrays in several breast cancer and control cell lines and we made an attempt to characterize these DNA elements in breast non-cancerous cell lines HB2 and MCF-10, and cancerous MCF-7, MDA-MB-231 and T47D, through the determination of epigenetic markers of euchromatin, H4Ac, and heterochromatin, H3K9me3. We further analyzed the matrix attachment region (MAR), named MAR 2, protein binding, and possible MAR 2 binding of the important MAR binding protein (MARBP), PARP-1, by Electrophoretic mobility Shift Assay (EMSA). We have found that in the control breast epithelial cell line, HB2, the <i>TP53</i> gene is positioned within a relatively small DNA domain, encompassing 50 kb, delimited by two nuclear matrix attachment sites. Interestingly, this domain structure was found to be radically different in the studied breast cancer cell lines, MCF7, T47D, MDA-MB-231 and BT474, in which the domain size was increased and <i>TP53</i> transcription was decreased. H4Ac and H3K9me3, chromatin epigenetic markers enrichment are differentially distributed through MARs in cell lines. Surprinsingly, MAR 2 presented a defined band-shift, which could represent trans-acting factor(s), involved in chromatin organization. By bioinformatics software, we found interesting transcription factors putative binding sites, such as for c/EBP-beta and c-myb, which could be cis-acting elements regulating <i>TP53</i> and neighboring genes expression. We propose a model for the chromatin organization of the <i>TP53</i> gene domain with neighboring genes. Through 21T cell line series, we detected a global genomic hypomethylation profile in the cancerous 21NT and 21MT1. An important global decrease of the active chromatin mark H4Ac in the metastatic 21MT1 relative to other cell lines was detected. mRNA levels of key enzymes linked to epigenetic modifications are consistent with the observed genomic hypomethylation and hypoacetylation. By confocal immunofluorescent assay we observed that H4Ac is mostly located at periphery, and the repressive mark H3K9Me3 located pericentric, in tumorigenic cells nuclei. <i>TP53</i> P1 promoter in 21T series was found to be in an open state and <i>TP53</i> transcription level was found to be similar in all 21T cell lines.