Metilação do DNA e marcas de histonas H3k4m3 e H3k27m3 em intron regulam a expressão do gene mmp9 em câncer de mama

Orientador : Profª. Drª. Giseli Klassen

Coorientador : Profª. Edneia A. S. R. Cavalieri

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciencias Biológicas (Microbiologia, Parasitologia e Patologia Básica). Defesa: Curitiba, 26/08/2016

Inclui referências : f. 71-86

Área de concentração: Patologia

Linha de pesquisa: Epigenética e câncer

Resumo: As metástases são a causa das mortes por câncer em 90% dos casos. No processo de metástases a destruição ou degradação da matriz extracelular é muito importante para o deslocamento das células tumorais malignas. Este processo é mediado por diversas enzimas, destacando-se a gelatinase B ou MMP-9. A epigenética estuda mecanismos de regulação da expressão gênica utilizando a metilação do DNA (em citosinas adjacentes a guaninas) e modificações pós-traducionais de histonas como principais mediadores. As ilhas de CpGs ao longo do promotor podem ser hipermetiladas e assim promover o silenciamento gênico e vice-versa. A partir deste conhecimento vem sendo utilizados diversos análogos de citosina a fim de inibir o processo de metilação de DNA. Nesse sentido esta em avançado estudo clínico o uso do 5-aza-2'- deoxicitosina (5-azadC) ou decitabine em alguns tipos de leucemias e doenças mielodisplásicas e provável inicio de utilização em tumores sólidos. Neste estudo o objetivo foi avaliar a expressão do gene MMP9 em linhagens de câncer de mama e com esses dados estudar o efeito da metilação do DNA e modificações de histonas no promotor e corpo do gene com e sem tratamento com decitabine. Para isso clonamos e sequenciamos uma região contendo CpGs da região promotora do gene MMP9 e também e ilhas de CpG no corpo do gene utilizando linhagens tumorais, PMC42, HeLa, MCF7 e MDA-MB-436. As linhagens MCF7 e MDA-MB-436 expressam baixos níveis de MMP9. Apos o tratamento destas 5- azadC foi observado aumento da expressão do gene e proteína MMP-9. O sequenciamento de CpGs na região promotora revelou que a metilação do DNA regula a expressão deste gene nas linhagens tumorais. Além disso a análise em amostras tumorais de pacientes que expressam MMP-9 também possuem estes CpGs desmetilados. A região intragênica contém 4 ilhas de CpG que foram clonadas em 2 fragmentos e denominadas CGI1 e CGI2. A CGI1 é altamente metiladas com ou sem tratamento com decitabine nas linhagens tumorais. Por outro lado a CGI2 apresentou alguns CpGs nas posições 12 a 30 que estavam metilados nas linhagens tumorais sem tratamento com decitabine, e que são desmetiladas após o tratamento. Novamente os resultados de contrapartida com amostras de tumores primários, estes mesmos CpGs encontraram-se desmetilados nos tumores mais agressivos e com presença de MMP-9 na imunohistoquímica. Afim de se avaliar o provável envolvimento de modificações de histonas foi realizada a imunoprecipitação de cromatina para as marcas de cromatina para abertura H3K4me3 e fechamento H3K27me3. Utilizando a linhagem MCF7 observou-se que após o tratamento com decitabine houve o enriquecimento da marca de abertura na região promotora onde se ligam os fatores de transcrição AP1 e NFkB. Além disso os CpGs 12-30 da CGI2 também apresentaram aumento da marca de abertura. Em conjunto esses resultados mostram um provável novo mecanismo de regulação da expressão gênica através de CpGs localizados em íntron no gene MMP9. Esses resultados são importantes no contexto do entendimento de mecanismos de expressão de MMP-9 em câncer de mama e também para o estudo de possível efeito de ativação de metástases com o uso do medicamento decitabine.

Abstract: Metastases are the cause of cancer deaths in 90% of cases. In the process of metastasis destruction or degradation of extracellular matrix it is important for the displacement of malignant tumor cells. This process is mediated by several enzymes, especially B-gelatinase or MMP-9. Epigenetic studies of regulatory mechanisms of gene expression using DNA methylation (adjacent cytosine to guanine) and post-translational modifications of histones as major mediators. The CpG islands along the promoter may be hypermethylated and thus promote gene silencing and vice versa. From this knowledge different cytosine analogues are used to inhibit the DNA methylation process. Accordingly this in advanced clinical study using 5-aza-2'-deoxicitosine (5-azadC) or decitabine in some types of leukemias and myelodysplastic diseases and probable beginning of use in solid tumors. In this study our goal was to evaluate the expression of MMP9 gene in breast cancer cell lines and study the effect of DNA methylation and histone modifications in the promoter gene and intragenic region with and without treatment with decitabine. To this we have cloned and sequenced a region containing CpGs of the MMP9 promoter region and CpG islands in the gene's body using tumor cell lines, PMC42, HeLa, MCF7 and MDA-MB-436. The lines MCF7 and MDA-MB-436 expressed low levels of MMP9. After treatment with 5-azadC was observed an increase in the gene expression and MMP-9 protein. The sequencing CpGs in the promoter region revealed that the DNA methylation regulates the expression of this gene in tumor cell lines. Further analysis of tumor samples from patients expressing MMP-9 also have these demethylated CpGs. The MMP9 intragenic region contains 4 CpG islands that were cloned in two fragments and called CGI1 and CGI2. The CGI1 was highly methylated with or without treatment with decitabine in tumor cell lines. On the other hand CGI2 have showed some CpGs in positions 12 to 30 that were methylated in tumor cell lines without treatment with decitabine, and are demethylated following treatment. Again counterpart results with primary tumor samples, the same CpG were demethylated in more aggressive tumors of MMP-9 positive in immunohistochemistry. In order to evaluate the probable involvement of histone modifications was performed chromatin immunoprecipitation to chromatin marks for H3K4me3 H3K27me3 opening and closing respectivelly. Using the MCF7 it was observed that after treatment with decitabine was enriching the opening tag in the promoter region which bind transcription factors NFkB and AP1. Additionally the CpG 12-30 of CGI2 also increased too. Together these results showed a possible new mechanism for regulation of gene expression through CpGs located in intron in MMP9 gene. These results are important in the context of understanding of MMP-9 expression mechanisms in breast cancer and also for the study of possible metastases activation with the use of decitabine drug.