Evaluation of bioactive sphingolipids in 4-HPR-resistant leukemia cells

Background -- N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR, fenretinide) is a synthetic retinoid with potent pro-apoptotic activity against several types of cancer, but little is known regarding mechanisms leading to chemoresistance. Ceramide and, more recently, other sphingolipid species (e.g., dihydroceramide and dihydrosphingosine) have been implicated in 4-HPR-mediated tumor cell death. Because sphingolipid metabolism has been reported to be altered in drug-resistant tumor cells, we studied the implication of sphingolipids in acquired resistance to 4-HPR based on an acute lymphoblastic leukemia model. Methods -- CCRF-CEM cell lines resistant to 4-HPR were obtained by gradual selection. Endogenous sphingolipid profiles and in situ enzymatic activities were determined by LC/MS, and resistance to 4-HPR or to alternative treatments was measured using the XTT viability assay and annexin V-FITC/propidium iodide labeling. Results -- No major crossresistance was observed against other antitumoral compounds (i.e. paclitaxel, cisplatin, doxorubicin hydrochloride) or agents (i.e. ultra violet C, hydrogen peroxide) also described as sphingolipid modulators. CCRF-CEM cell lines resistant to 4-HPR exhibited a distinctive endogenous sphingolipid profile that correlated with inhibition of dihydroceramide desaturase. Cells maintained acquired resistance to 4-HPR after the removal of 4-HPR though the sphingolipid profile returned to control levels. On the other hand, combined treatment with sphingosine kinase inhibitors (unnatural (dihydro)sphingosines ((dh)Sph)) and glucosylceramide synthase inhibitor (PPMP) in the presence or absence of 4-HPR increased cellular (dh)Sph (but not ceramide) levels and were highly toxic for both parental and resistant cells. Conclusions -- In the leukemia model, acquired resistance to 4-HPR is selective and persists in the absence of sphingolipid profile alteration. Therapeutically, the data demonstrate that alternative sphingolipid-modulating antitumoral strategies are suitable for both 4-HPR-resistant and sensitive leukemia cells. Thus, whereas sphingolipids may not be critical for maintaining resistance to 4-HPR, manipulation of cytotoxic sphingolipids should be considered a viable approach for overcoming resistance.

Aderência, invasão e persistência intracelular de estreptococos do grupo B em células epiteliais respiratórias A549

Estreptococos do grupo B (EGB) comumente colonizam adultos saudáveis, sem sintomas, mas sob certas circunstâncias possui a capacidade de invadir tecidos do hospedeiro, evadir da detecção imunológica e causar doenças invasivas graves. Por conseguinte, os EGB continuam sendo uma das principais causas de mortalidade neonatal, pneumonia, sepse e meningite. Contudo, a patogênese desta infecção ainda está pouco elucidada. O sorotipo V é freqüentemente associado à doença invasiva em mulheres adultas não gestantes e o segundo mais prevalente em mulheres grávidas. O principal objetivo deste trabalho foi estudar a aderência, invasão e persistência intracelular de amostras pertencentes ao sorotipo V (88641-vagina/portador e 90186-sangue/paciente) usando as células epiteliais respiratórias A549. As amostras de EGB demonstraram capacidade de aderir e invadir as células epiteliais A549, mas somente a amostra 90186-sangue apresentou maior invasão quando comparada com a de vagina (P <0.001). Ambas as amostras demonstraram persistência intracelular sem replicação no interior das células A549. Apenas o isolado 90186-sangue sobreviveu dentro das células epiteliais até 24h de incubação (P <0,05). A fusão dos lisossomas das células epiteliais com vacúolos contendo bactérias foi observada em células A549 tratadas com Lyso Tracker Grenn DND-26 para todas as amostras testadas. Nossos dados indicam pela primeira vez que as amostras viáveis do sorotipo V permanecem dentro de vacúolos ácidos epiteliais. Curiosamente, a amostra 90186- sangue induziu vacuolização celular e a amostra 88641-vagina promoveu a morte celular após 7h de incubação. Finalmente, nossos resultados aumentam o nosso conhecimento sobre eventos celulares da fagocitose e da patogênese das doenças invasivas promovidas pelos EGB.

Targeting DNA repeat sequences with Py-Im polyamides

Hairpin pyrrole-imdazole polyamides are cell-permeable, sequence-programmable oligomers that bind in the minor groove of DNA. This thesis describes studies of Py-Im polyamides targeted to biologically important DNA repeat sequences for the purpose of modulating disease states. Design of a hairpin polyamide that binds the CG dyad, a site of DNA methylation that can become dysregulated in cancer, is described. We report the synthesis of a DNA methylation antagonist, its sequence specificity and affinity informed by Bind-n-Seq and iteratively designed, which improves inhibitory activity in a cell-free assay by 1000-fold to low nanomolar IC50. Additionally, a hairpin polyamide targeted to the telomeric sequence is found to trigger a slow necrotic-type cell death with the release of inflammatory molecules in a model of B cell lymphoma. The effects of the polyamide are unique in this class of oligomers; its effects are characterized and a functional assay of phagocytosis by macrophages is described. Additionally, hairpin polyamides targeted to pathologically expanded CTG•CAG triplet repeat DNA sequences, the molecular cause of myotonic dystrophy type 1, are synthesized and assessed for toxicity. Lastly, ChIP-seq of Hypoxia-Inducible Factor is performed under hypoxia-induced conditions. The study results show that ChIP-seq can be employed to understand the genome-wide perturbation of Hypoxia-Inducible Factor occupancy by a Py-Im polyamide.

Papel das hemaglutininas 67-72p de Corynebacterium diphtheriae na ligação a proteínas plasmáticas, superfícies celulares, invasão e indução de apoptose

Corynebacterium diphtheriae pode ser isolado tanto de quadros de difteria clássica, quanto de infecções sistêmicas, como endocardite. O fibrinogênio (Fbn) e a fibronectina (Fn) são glicoproteínas presentes na matriz extracelular de tecidos conjuntivos. A influência destas proteínas na patogênese das infecções locais e invasivas causadas por C. diphtheriae é objeto de estudo devido ao fato do bacilo diftérico poder ser encontrado em lesões nas quais o Fbn e a Fn são predominantes, incluindo a pseudomembrana diftérica e vegetações cardíacas presentes na endocardite infecciosa. São crescentes as evidências de que o C. diphtheriae pode, além de aderir, ser internalizado por células em cultura. No presente estudo, investigou-se a participação de C. diphtheriae e das proteínas de superfície 67-72p na aderência à Fn e ao Fbn de plasma humano e a eritrócitos. A aderência às células HEp-2 e internalização também foram analisadas. A participação de 67-72p nos mecanismos de morte celular foi avaliada através das colorações por Azul de Tripan e 46-diamidino-2-fenil indol (DAPI), pelo ensaio de redução utilizando dimetil-tiazol-difenil tetrazólio (MTT) e por citometria de fluxo. As 67-72p foram extraídas da superfície da amostra toxigênica C. diphtheriae subsp. mitis CDC-E8392 através de processos mecânicos e precipitação com sulfato de amônio saturado. Análises por SDS-PAGE e immunoblotting detectaram a presença das bandas protéicas de 67 e 72kDa nas amostras toxinogênicas e atoxinogênicas analisadas, as quais pertenciam aos biotipos fermentador e não fermentador de sacarose. C. diphtheriae foi capazes não só de formar agregados na presença de plasma de coelho, mas também de converter Fbn em fibrina independentemente da presença do gene tox. No entanto, a amostra atoxinogênica ATCC 27010 (tox-) foi menos aderente ao Fbn do que a homóloga ATCC 27012 (tox+). A interação bacteriana com eritrócitos foi inibida somente pela Fn. Ligações entre Fn e/ou Fbn com 67-72p foram demonstradas por dot blotting, ELISA e/ou ensaios utilizando fluorescência. As 67-72p foram capazes de inibir as interações bacterianas com o Fbn, indicando que 67-72p podem participar do processo de aderência do patógeno aos tecidos do hospedeiro. Através da microscopia óptica, demonstrou-se a ligação de 67-72p adsorvidas em microesferas de látex com células HEp-2. Anticorpos de coelho do tipo IgG anti 67-72p interferiram somente com a expressão do padrão de aderência do tipo difuso, normalmente apresentado pela amostra CDC-E8392. A Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) e a inibição da internalização bacteriana pela IgG anti 67-72p ou por 67-72p indicaram o papel de 67-72p como invasina. Alterações do citoesqueleto de células HEp-2 com acumulação de actina polimerizada, induzida por microesferas sensibilizadas com 67-72p, foi observada pelo fluorescent actin staining (FAS) test. Foi visualizado um aumento no número de bactérias viáveis no compartimento intracelular após tratamento de células HEp-2 ou dos microrganismos com Fn. A presença de partículas de látex adsorvidas com 67-72p no interior de vacúolos frouxos em células HEp-2 sugeriu que estas proteínas podem causar efeito citotóxico. A avaliação através das colorações com Azul de Tripan, DAPI e os ensaios de redução utilizando MTT demonstraram um decréscimo na viabilidade de células tratadas com 67-72p. As mudanças morfológicas observadas 3 horas após o início do tratamento com 67-72p incluíram vacuolização, fragmentação nuclear e formação de corpúsculos apoptóticos. A citometria de fluxo revelou um decréscimo de 15,13% no volume/tamanho de células tratadas com 67-72p. Além disso, o ensaio utilizando Iodeto de Propídio (IP) e Anexina V (AV)-FITIC demonstrou que havia 66,1% de células vivas (IP-/AV-), 16,6% de células em apoptose inicial (IP-/AV+) e 13,8% de células em apoptose tardia ou necrose secundária. Em conclusão, as 67-72p estão diretamente envolvidas na interação com Fn e Fbn. As proteínas não fimbriais 67-72p são hemaglutininas implicadas na aderência a células respiratórias e na internalização. Além disso, estas proteínas podem atuar como fatores de virulência em potencial para induzir apoptose de células epiteliais nos estágios iniciais da difteria e nas infecções invasivas causadas pelo C. diphtheriae

Altered expression of Alzheimer's disease-related genes in the cerebellum of autistic patients: a model for disrupted brain connectome and therapy

Autism and Alzheimer's disease (AD) are, respectively, neurodevelopmental and degenerative diseases with an increasing epidemiological burden. The AD-associated amyloid-beta precursor protein-alpha has been shown to be elevated in severe autism, leading to the 'anabolic hypothesis' of its etiology. Here we performed a focused microarray analysis of genes belonging to NOTCH and WNT signaling cascades, as well as genes related to AD and apoptosis pathways in cerebellar samples from autistic individuals, to provide further evidence for pathological relevance of these cascades for autism. By using the limma package from R and false discovery rate, we demonstrated that 31% (116 out of 374) of the genes belonging to these pathways displayed significant changes in expression (corrected P-values <0.05), with mitochondria- related genes being the most downregulated. We also found upregulation of GRIN1, the channel-forming subunit of NMDA glutamate receptors, and MAP3K1, known activator of the JNK and ERK pathways with anti-apoptotic effect. Expression of PSEN2 (presinilin 2) and APBB1 (or F65) were significantly lower when compared with control samples. Based on these results, we propose a model of NMDA glutamate receptor-mediated ERK activation of alpha-secretase activity and mitochondrial adaptation to apoptosis that may explain the early brain overgrowth and disruption of synaptic plasticity and connectome in autism. Finally, systems pharmacology analyses of the model that integrates all these genes together (NOWADA) highlighted magnesium (Mg2+) and rapamycin as most efficient drugs to target this network model in silico. Their potential therapeutic application, in the context of autism, is therefore discussed.