Identification of neuronal alterations induced by Shank3 mutations using iPS cells from Phelan-McDermid Patients' Fibroblasts

A família de proteínas Shank é o principal conjunto de proteinas de suporte e está localizada na densidade pós-sináptica das sinapses excitatórias. Existem 3 genes na família Shank, Shank1, Shank2 e Shank3 e são caracterizados por múltiplos domínios repetidos de anquirina próximo ao N-terminal seguido pelos domínios Src homologo 3 e PDZ, uma região longa rica em prolina e um domínio de motivo α estéril próximo ao C-terminal. Shank proteínas conectam duas subunidades de receptors glutamatérgicos, recetores NMDA e recetores metabotrópicos de glutamato do tipo-I (mGluRs). O domínio PDZ da Shank conecta-se ao C-terminal do GKAP e este, liga-se, ao complexo recetor PSD-95-NMDA. Por outro lado, a proteína Homer interage com o domínio rico em prolina para confirmar a associação entre a proteína Shank com o mGluR tipo-I. A proteína específica em estudo, Shank3, é haploinsuficiente em pacientes com sindrome Phelan-McDermid devido à deleções no braço comprido do cromossoma 22 levando à danos intelectuais, ausência ou atraso no discurso, comportamentos semelhantes ao autismo, hipotonia e características dismórficas. Neste trabalho, investigamos o papel da Shank3 na função sináptica para compreender a relação entre alterações nesta proteína e as características neurológicas presente em Pacientes com síndrome Phelan-McDermid. Foram utilizados dois modelos diferentes, ratinhos knockout Shank3 e hiPSC de pacientes com PMS. Ratinhos geneticamente modificados são ferramentas uteis no estudo de genes e na compreensão dos mecanismos que experiências in vitro não são capazes de reproduzir, mas de maneira a compreender melhor as patologias humanas, decidimos trabalhar também com células humanas. Os fibroblastos dos pacientes com síndrome Phelan-McDermid fora reprogramados em hiPS cells, diferenciados em neurónios e comparados com os neurónios obtidos a partir de doadores saudavéis e da mesma idade. A reprogramação em iPSC foi realizada por infecção de lentivirus com quatro genes de reprogramação OCT4, c-MYC, SOX2 e KFL4 para posteriormente serem diferenciados em neurónios, com cada passo sendo positivamente confirmado através de marcadores neuronais. Através dos neurónios diferenciados, analisamos a expressão de proteínas sinápticas. Pacientes com haploinsuficiencia na proteína Shank3 apresentam níveis elevados de proteína mGluR5 e decrescidos de proteína Homer sugerindo que a haploinsuficiencia leva a desregulação do complexo mGluR5-Homer-Shank3 conduzindo também, a defeitos na maturação sináptica. Assim, a expressão da proteína mGluR5 está alterada nos pacientes com PMS podendo estar relacionada com defeitos encontrados na diferenciação neuronal e maturação sináptica observados nos neurónios de pacientes. Conclusivamente, iPS cells representam um modelo fundamental no estudo da proteína Shank3 e a sua influência no sindrome de Phelan-McDermid.

Regulation of histone H2A.Z expression is mediated by sirtuin 1 in prostate cancer

Histone variants seem to play a major role in gene expression regulation. In prostate cancer, H2A.Z and its acetylated form are implicated in oncogenes’ upregulation. SIRT1, which may act either as tumor suppressor or oncogene, reduces H2A.Z levels in cardiomyocytes, via proteasome-mediated degradation, and this mechanism might be impaired in prostate cancer cells due to sirtuin 1 downregulation. Thus, we aimed to characterize the mechanisms underlying H2A.Z and SIRT1 deregulation in prostate carcinogenesis and how they interact. We found that H2AFZ and SIRT1 were up- and downregulated, respectively, at transcript level in primary prostate cancer and high-grade prostatic intraepithelial neoplasia compared to normal prostatic tissues. Induced SIRT1 overexpression in prostate cancer cell lines resulted in almost complete absence of H2A.Z. Inhibition of mTOR had a modest effect on H2A.Z levels, but proteasome inhibition prevented the marked reduction of H2A.Z due to sirtuin 1 overexpression. Prostate cancer cells exposed to epigenetic modifying drugs trichostatin A, alone or combined with 5-aza-2’-deoxycytidine, increased H2AFZ transcript, although with a concomitant decrease in protein levels. Conversely, SIRT1 transcript and protein levels increased after exposure. ChIP revealed an increase of activation marks within the TSS region for both genes. Remarkably, inhibition of sirtuin 1 with nicotinamide, increased H2A.Z levels, whereas activation of sirtuin 1 by resveratrol led to an abrupt decrease in H2A.Z. Finally, protein-ligation assay showed that exposure to epigenetic modifying drugs fostered the interaction between sirtuin 1 and H2A.Z. We concluded that sirtuin 1 and H2A.Z deregulation in prostate cancer are reciprocally related. Epigenetic mechanisms, mostly histone post-translational modifications, are likely involved and impair sirtuin 1-mediated downregulation of H2A.Z via proteasome-mediated degradation. Epigenetic modifying drugs in conjunction with enzymatic modulators are able to restore the normal functions of sirtuin 1 and might constitute relevant tools for targeted therapy of prostate cancer patients