Biomarcatori per il monitoraggio biologico di soggetti esposti ad agenti cancerogeni per il polmone

Riassunto I biomarcatori o “marcatori biologici” svolgono un ruolo fondamentale nel monitoraggio biologico. In questo lavoro ci siamo soffermati sullo studio di biomarcatori di effetto e di esposizione a xenobiotici ambientali. Nel primo caso abbiamo valutato i micro RNA (miRNA) da utilizzare per la diagnosi precoce del tumore al polmone in matrici di facile accesso, quale il CAE e il plasma, utilizzando il miRNA-21, oncogeno, e il miRNA-486, oncosoppressore. I risultati evidenziano una loro capacità di distinguere correttamente i soggetti con tumore polmonare dai soggetti sani, ipotizzando un loro utilizzo a scopo diagnostico. Nella seconda parte del lavoro di tesi sono stati studiati i biomarcatori di esposizione a benzene per valutare gli effetti dell’esposizione a concentrazioni ambientali su bambini residenti in città e a diverso livello di urbanizzazione. Lo studio ha evidenziato una correlazione dose-effetto fra le concentrazioni di benzene e dei suoi metaboliti urinari e un danno ossidativo a livello degli acidi nucleici. Tuttavia, le concentrazioni di benzene urinario non sono influenzate dal grado di industrializzazione, a differenza dell’S-PMA e degli indicatori di stress ossidativo (8-oxodGuo e 8-oxoGuo) che sembrano risentire sia della residenza che del momento del campionamento. Infine abbiamo ricercato possibili biomarcatori di esposizione a vinilcicloesene (VCH), sottoprodotto industriale nella polimerizzazione del 1,3-butadiene, poiché non sono ancora stati proposti BEI di riferimento nonostante i bassi valori di TLV-TWA (0.1 ppm) proposti dall’ACGIH. Nella prima fase del lavoro abbiamo studiato i meccanismi di tossicità del VCH tramite modelli in vitro, testando varie linee cellulari. I risultati evidenziano come la dose reale di VCH sia di molto inferiore a quella nominale per effetto dell’evaporazione. Inoltre, nelle linee cellulari più sensibili si sono evidenziati effetti citostatici, con alterazioni del ciclo cellulare, a differenza dell’esposizione agli epossidi del VCH, il VCD e l’1,2-VCHME, che determinano lisi cellulare con IC50 di 3 ordini di grandezza inferiori a quelli del VCH. La quantificazione dei metaboliti di I fase e di II fase del VCH nelle linee cellulari epatiche ha evidenziato concentrazioni di circa 1000 volte inferiori a quelle del VCH confermando come la sua tossicità sia principalmente dovuta alla produzione degli intermedi epossidici. La trasformazione nei metaboliti di II fase conferma inoltre l’effetto detossificante del metabolismo. La trasferibilità dei risultati ottenuti in vitro su sistemi in vivo fornirà le basi per poter identificare possibili metaboliti da proporre per il monitoraggio biologico di lavoratori esposti a VCH. PAROLE CHIAVE: biomarcatori di effetto e di esposizione, tumore al polmone, miRNA, benzene, vinilcicloesene.

Retrotransposon expression profiling: Unveiling the hidden SINE transcriptome through Next-Generation Sequencing data analysis

Of the ~1.7 million SINE elements in the human genome, only a tiny number are estimated to be active in transcription by RNA polymerase (Pol) III. Tracing the individual loci from which SINE transcripts originate is complicated by their highly repetitive nature. By exploiting RNA-Seq datasets and unique SINE DNA sequences, we devised a bioinformatic pipeline allowing us to identify Pol III-dependent transcripts of individual SINE elements. When applied to ENCODE transcriptomes of seven human cell lines, this search strategy identified ~1300 Alu loci and ~1100 MIR loci corresponding to detectable transcripts, with ~120 and ~60 respectively Alu and MIR loci expressed in at least three cell lines. In vitro transcription of selected SINEs did not reflect their in vivo expression properties, and required the native 5’-flanking region in addition to internal promoter. We also identified a cluster of expressed AluYa5-derived transcription units, juxtaposed to snaR genes on chromosome 19, formed by a promoter-containing left monomer fused to an Alu-unrelated downstream moiety. Autonomous Pol III transcription was also revealed for SINEs nested within Pol II-transcribed genes raising the possibility of an underlying mechanism for Pol II gene regulation by SINE transcriptional units. Moreover the application of our bioinformatic pipeline to both RNA-seq data of cells subjected to an in vitro pro-oncogenic stimulus and of in vivo matched tumor and non-tumor samples allowed us to detect increased Alu RNA expression as well as the source loci of such deregulation. The ability to investigate SINE transcriptomes at single-locus resolution will facilitate both the identification of novel biologically relevant SINE RNAs and the assessment of SINE expression alteration under pathological conditions.