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Trabalho de Projecto apresentado para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ensino do Inglês

Computational design with flexible backbone sampling for protein remodeling and scaffolding of complex binding sites

Dissertation presented to obtain the Doutoramento (Ph.D.) degree in Biochemistry at the Instituto de Tecnologia Qu mica e Biol ogica da Universidade Nova de Lisboa

The role of complex chromosome translocations in leukemia

Resumo A tumorigénese é um processo de transformação celular que se desenrola tipicamente em várias etapas. Os diferentes níveis de evolução tumoral resultam da acumulação sucessiva de mutações genéticas numa célula normal que lhe conferem uma vantagem selectiva no respectivo meio tecidular. As mutações podem manifestar-se sob a forma de alterações nucleotídicas pontuais ao nível da sequência de DNA, levando a uma desregulação da função proteíca ou à formação de proteínas não-funcionais, ou através de alterações cromossómicas numéricas ou estruturais. Na leucemia, por exemplo, os genes híbridos que resultam de translocações cromossómicas desempenham um importante papel no processo tumorigénico. Estes genes são transcritos sob a forma de um RNA mensageiro de fusão, o qual é traduzido numa proteína híbrida com função oncogénica. Frequentemente, os subtipos de doença leucémica estão associados com translocações cromossómicas que envolvem 2 pontos de quebra recorrentes e específicos. É disto exemplo a leucemia mielóide crónica, em que uma translocação recíproca entre os cromossomas 9 e 22 conduz à formação de um gene de fusão BCR-ABL1. Em diferentes subtipos de doença, existe também uma pequena proporção de casos que apresenta translocações cromossómicas complexas, que envolvem um ou mais pontos de quebra adicionais em outras localizações genómicas além das que estão implicadas na formação dos genes de fusão. Por vezes, os pontos de quebra estão também associados a delecções extensas de material genético que se pensa terem uma função importante na tumorigénese. No entanto, o papel destas regiões genómicas no desenvolvimento tumoral não tem sido um motivo recorrente de estudo. Neste contexto, o objectivo desta dissertação foi o de determinar o potencial papel tumorigénico de alterações génicas adicionais ocorridas nos pontos de quebra de translocações cromossómicas complexas. Para a prossecução do objectivo proposto, foram estudados 5 rearranjos cromossómicos distintos associados com diferentes tipos de doença hematológica maligna, nomeadamente a leucemia linfoblástica aguda de células B (2 casos), leucemia mielóide aguda, neoplasma mieloproliferativo e síndrome mielodisplásico/neoplasma ieloproliferativo, não classificável. O mapeamento dos pontos de quebra foi efectuado utilizando a hibridação fluorescente in situ e diferentes metodologias de biologia molecular, tendo como base a informação inicial da análise citogenética. Em casos seleccionados, o papel dos novos genes candidatos foi avaliado in vitro utilizando modelos de linhas celulares, nomeadamente no que respeita às funções de controlo da proliferação celular e de regulação transcricional. De entre os 5 casos estudados, quatro deles evidenciaram translocações complexas envolvendo 3 cromossomas, nomeadamente t(12;21;5)(p13;q22;q13), t(12;6;15)(p13;p24~25;q22), t(9;11;19)(p22;q23;p13) e t(X;20;16)(p11;q13;q23). No caso remanescente, foi observada uma translocação dicêntrica dic(9;12)(p11;p11) acompanhada de delecções extensas em ambos os pontos de quebra. Nos casos com t(12;21;5) e t(9;11;19) as translocações estavam associadas com a presença de genes de fusão recorrentes, nomeadamente TV6(12p13)-RUNX1(21q22) e TLL(11q23)-MLLT3(9p22), indicando que se tratavam de rearranjos complexos das translocações t(12;21) e t(9;11) associadas com a leucemia linfoblástica aguda de células B e a leucemia mielóide aguda, respectivamente. O papel dos pontos de quebra adicionais foi estudado em detalhe no caso com t(9;11;19). Através da metodologia de long distance inverse-polymerase chain reaction, foram identificados os pontos de quebra na sequência de DNA dos 3 cromossomas envolvidos na translocação. Além dos pontos de quebra nos genes MLL e MLLT3, foi observado que o local de quebra no cromossoma 19 interrompeu a sequência de um novo gene, designado CCDC94,conduzindo à sua haplo-insuficiência nas células com t(9;11;19). Através de ensaios de reverse transcription-polymerase chain reaction verificámos que o gene CCDC94 é expresso ubiquitariamente em tecidos humanos normais. A análise informática da sequência prevista da proteína CCDC94 indicou uma elevada identidade de aminoácidos com a proteína cwf16, envolvida na regulação do ciclo celular da levedura Schizosaccharomyces pombe. Através da clonagem do DNA complementar de CCDC94 em vectores de expressão, e após a transfecção destes em culturas de linhas celulares in vitro, observámos que este gene codifica uma proteína de localização exclusivamente nuclear. A expressão ectópica da proteína CCDC94 diminuiu a progressão do ciclo celular e a proliferação das células em cultura. Inversamente, a supressão do transcrito do gene CCDC94 através de interferência de RNA conduziu a um aumento significativo da proliferação celular, confirmando que CCDC94 regula negativamente a proliferação e a progressão do ciclo celular. Estes resultados mostram que os pontos de quebra adicionais, presentes em translocações cromossómicas complexas em leucemia, podem resultar na haplo-insuficiência de genes controladores dos mecanismos proliferativos, cooperando desta forma com a acção das proteínas de fusão para proporcionar ao clone leucémico uma proliferação celular descontrolada. Nos restantes 3 casos estudados não foram identificados genes de fusão. Ao invés, todos aqueles apresentaram delecções de extensão variável associadas com os pontos de quebra cromossómicos. No caso com t(12;6;15), identificámos uma delecção de 1.2 megabases de DNA na banda 12p13 que resultou na eliminação de 9 genes incluindo ETV6 e CDKN1B. O gene ETV6 codifica um factor de transcrição que é essencial para a formação das diferentes linhagens hematopoiéticas na medula óssea, enquanto CDKN1B é traduzido numa proteína responsável por bloquear a entrada das células na fase G1 do ciclo celular e,consequentemente, por travar a proliferação celular. Neste contexto, os resultados obtidos indicam que a perda simultânea de ETV6 e de CDKN1B, através de uma translocação cromossómica complexa, constituiu uma acção cooperativa na leucemogénese. A mesma noção pode aplicar-se ao caso com dic(9;12), no qual pelo menos 2 genes que codificam para factores de transcrição importantes na linhagem hematopoiética, PAX5 no cromossoma 9 e ETV6 no cromossoma 12, estavam deleccionados como resultado do rearranjo cromossómico. Dado que o factor de transcrição PAX5 regula negativamente a expressão do gene FLT3, que desempenha uma função pró-proliferativa, é expectável que a haplo-insuficiência de PAX5 no caso com dic(9;12) terá tido como consequência uma elevação dos níveis de expressão de FLT3, contribuindo deste modo para uma proliferação celular aumentada. A t(X;20;16) foi identificada num doente com trombocitémia essencial (TE), uma doença que está intimamente relacionada com alterações de vias intracelulares reguladas por citocinas. Neste caso, através da utilização de um array genómico, identificámos a presença de pequenas delecções associadas com os pontos de quebra nos cromossomas 16 e 20. No cromossoma 16 apenas um gene, MAF, estava deleccionado, enquanto no cromossoma 20 a delecção tinha abrangido 3 genes. Dos genes deleccionados, dois deles, NFATC2 (20q13) e MAF (16q23), codificam proteínas que operam como reguladores transcricionais de citocinas hematopoiéticas. Dado que NFATC2 se localiza numa região que constitui um alvo frequente de delecções em neoplasmas ieloproliferativos, incluindo a trombocitémia essencial,efectuámos um estudo detalhado do papel deste gene na proliferação megacariocítica e na regulação da expressão de uma citocina hematopoiética (GM-CSF), implicada na maturação das diferentes linhagens mielóides. Utilizando um modelo de linha celular de trombocitémia essencial, verificámos que a supressão do transcrito do gene NFATC2 in vitro, por interferência de RNA, estava associada com um aumento da proliferação celular. Em concordância, o bloqueio da activação da proteína NFATC2 através de um inibidor específico da sua interacção com a calcineurina, conduziu a um aumento da proliferação celular in vitro. Utilizando a PCR quantitativa em tempo real, detectou-se um aumento da produção do RNA de GM-CSF em ambos os ensaios celulares, indicando que o factor de transcrição NFATC2 pode regular negativamente a expressão de GM-CSF em células de trombocitémia essencial. No geral, estes resultados mostram que a redução dos níveis fisiológicos do transcrito NFATC2, ou a redução da respectiva actividade proteica, estão relacionados com a proliferação de megacariocitos através do aumento da produção de GM-CSF. De acordo com estes resultados, verificámos que as células dos doentes com TE apresentam níveis mais baixos do transcrito NFATC2 do que a população normal. Dado que o factor de transcrição MAF desempenha igualmente um papel como regular transcricional de citocinas, é plausível que a haplo-insuficiência dos genes NFATC2 e MAF, resultante do rearranjo cromossómico complexo t(X;20;16), teve um efeito cooperativo importante na patogénese da trombocitémia essencial através da alteração do padrão normal de expressão das citocinas hematopoiéticas. Em síntese, efectuámos nesta dissertação um estudo citogenético de 4 translocações cromossómicas complexas incluindo t(12;21;5), t(12;6;15), t(9;11;19) e t(X;20;16), e de uma translocação dicêntrica dic(9;12), associadas com diferentes neoplasmas hematológicos. Em casos seleccionados efectuámos também um estudo molecular detalhado das regiões dos pontos de quebra. Esta análise permitiu-nos identificar 2 genes, CCDC94 no cromossoma 19 e NFATC2 no cromossoma 20, cuja haplo-insuficiência pode promover o aumento da proliferação celular das células leucémicas. A partir destes estudos podem ser retiradas 2 noções principais: (i) Os pontos de quebra adicionais, que ocorrem em translocações complexas associadas com a formação de genes de fusão, podem ter como consequência a desregulação de genes controladores da proliferação celular (e.g., CCDC94); (ii) As translocações complexas caracterizadas pela ausência de genes de fusão recorrentes poderão estar preferencialmente associadas com a presença de delecções, envolvendo um ou mais genes, nos pontos de quebra; nestas situações, serão necessários pelo menos 2 genes com funções celulares semelhantes (e.g., NFATC2 e MAF) ou complementares (e.g., ETV6 e CDKN1B) para, quando deleccionados, promoverem de forma cooperativa a leucemogénese. Nestes termos, o modelo de alterações genéticas sequenciais que caracteriza o desenvolvimento do cancro pode ser substituído por um modelo em que vários genes-alvo são simultaneamente desregulados pela formação de uma translocação cromossómica complexa, evitando deste modo a necessidade de ocorrência de alterações genéticas subsequentes.----------------------ABSTRACT: Tumourigenesis is a multistep process which results from the accumulation of successive genetic mutations in a normal cell. In leukemia for instance, recurrent translocations play a part in this process by generating fusion genes which lead to the production of hybrid proteins with an oncogenic role. However, a minor subset of chromosomal translocations referred to as complex or variant involves extra breakpoints at variable genome locations in addition to those implicated in the formation of fusion genes. We aimed to describe in this work the role, if any, of genes located at extra breakpoint locations or which are affected by breakpoint-adjacent deletions through the study of 5 leukemia patients.Two of the patients presented with TV6(12p13)-RUNX1(21q22) and MLL(11q23)- MLLT3(9p22) fusion genes as a result of a t(12;21;5) and a t(9;11;19), respectively. Detailed molecular characterization of the extra breakpoint at chromosome 19 in the latter case revealed that a novel ubiquitously expressed gene, CCDC94, with a potential role in cell cycle regulation, was disrupted by the breakpoint. We demonstrated using in vitro cellular assays that this gene codifies for a nuclear protein which negatively regulates cell cycle progression. These data shows that extra breakpoint locations of complex translocations may result in haplo-insufficiency of critical proliferation genes, thereby cooperating with the generation of hybrid proteins to provide unrestrained cell proliferation. In the other 3 patients there were reakpoint-associated deletions which precluded the formation of putative fusion genes. In a case with a t(12;6;15) we characterized a deletion at 12p13 which eliminated ETV6 and 8 other genes including CDKN1B. These findings indicate that concomitant loss of ETV6 and CDKN1B, which encodes a cyclin-dependent kinase inhibitor responsible for blocking entry of cells into the G1 phase of the cell cycle, acted cooperatively to promote leukemogenic proliferation. The same notion applied to a case with a dic(9;12) in which 2 genes encoding hematopoietic transcription factors - ETV6 and PAX5 (9p13)- were deleted as a result of breakpoint-adjacent deletions. Similarly, we found that 2 transcription factor genes involved in the regulation of cytokine expression, NFATC2 (20q13) and MAF (16q23), were involved in deletions contiguous to the breakpoints in a patient with a t(X;20;16). In vitro suppression of NFATC2 mRNA or inhibiton of NFATC2 protein activity enhanced cell proliferation as a result of an increase in the production of a myeloid-lineage stimulating hematopoietic cytokine, GM-CSF. These results suggest that haplo-insufficiency of NFATC2 and MAF genes had a cooperative effect in inducing cell proliferation as a result of a disregulation of cytokine production. Two main conclusions may be drawn from our studies: (i) In complex translocations associated with the production of fusion genes, additional breakpoints may cooperate in tumourigenesis by targeting genes that control cell proliferation; (ii) In complex translocations associated with small breakpoint-adjacent deletions, at least 2 genes with similar or complementary functions need to be deregulated to promote tumourigenesis.

Protocolo de fisioterapia, com auxílio de biofeedback electromiográfico, em utentes com disfunções do ombro: efeitos na dor, funcionalidade e estabilidade dinâmica

RESUMO: Introdução: A dor e disfunções do movimento no complexo articular do ombro (CAO) são comuns e debilitantes. O uso de exercícios segundo os pressupostos de estabilidade dinâmica (ED), com auxílio de Biofeedback electromiográfico (BEMG) tem vindo a ser referido, como uma forma de aumentar a efectividade da intervenção nas disfunções do complexo articular do ombro (DCAO)Objectivo Principal: Estudar os efeitos de um protocolo de intervenção, com BEMG, cujas finalidades foram abolir a dor, aumentar a funcionalidade e a ED da omoplata, em utentes com DCAO. Objectivos secundários: Comparar os subgrupos e quanto às características, resultados, tempos de intervenção total e até atingir critérios de alta; Comparar os resultados nos momentos inicial e final. Métodos: Foi realizado um coorte clínico, longitudinal, retrospectivo, observacional, analítico. A amostra foi constituída por 82 sujeitos, divididos em dois subgrupos (n=53 SCSA e n=29 IGU). Os instrumentos de medida utilizados foram a EVA, o DASH, o SPADI e o BEMG. Foi seguido o protocolo de ED proposto por Santos e Matias (2007), de acordo com as 3 fases de intervenção por eles descritas, realizando uma sessão semanal, monitorizando exercícios que seguem estes princípios, com BEMG. Foram avaliadas as variáveis dor, postura, padrão de recrutamento, controlo motor, posição inicial da omoplata (PIO), amplitudes articulares (AA’s), força muscular (FM) e postura. Para analisar os dados, recorreu-se a estatística descritiva e inferencial. Resultados: A intervenção foi efectiva na abolição da dor no momento (0,43 para 0,00/10EVA no subgrupo SCSA e 0,66 para 0,00/10EVA no subgrupo IGU) na pior dor (5,47/10EVA para 0,06/10EVA no subgrupo SCSA e 5,28/10 para 0,14/10 no subgrupo IGU), no aumento da função (28,57 para 0,66/100DASH e 39,00 para 0,63/100SAPDI no subgrupo SCSA e 25,80 para 0,38/100DASH e 28,19 para 0,39/100 no subgrupo IGU) e no aumento da ED da omoplata com normalização do padrão de recrutamento, controlo motor, PIO dentro do espectro de normalidade e boa capacidade de controlar a sua posição, ao longo do movimento do membro superior (MS). A intervenção proporcionou, ainda a normalização das AA’s, FM e autocorrecção postural. O tempo médio de intervenção foi de 6,45semanas no subgrupo SCSA e 5,83sem no subgrupo IGU. Estes resultados são semelhantes comparativamente a estudos que utilizaram uma intervenção baseada nos mesmos princípios (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusão: O protocolo de intervenção aplicado, com uso de exercícios baseados nos princípios da ED e uso de BEMG, permitiu o alcance dos objectivos, junto de utentes com DCAO (SCSA e IGU). Verificou-se que, independentemente da condição, os resultados foram idênticos em ambos subgrupos, não apresentando diferenças significativas entre as variáveis de medida final, o tempo total de intervenção e os tempos até atingir os critérios de alta, expecto para a Dor, sendo este superior no subgrupo SCSA.---------------------------------------- ABSTRACT:Introduction: Movement disorders and pain in the shoulder joint complex (SJC) are common and debilitating. The use of exercises under the premises of dynamic stability (DS), with the aid of electromyographic biofeedback (EMGBF) has been mentioned as a way to increase the effectiveness of the intervention in disorders of the shoulder joint complex (DSJC) Main Objective: To evaluate the results of an intervention protocol, with EMGBF whose aims were to abolish the pain, increase functionality and DS of the scapula in patients with DSJC. Objectives: To compare the subgroups and the characteristics, outcomes, and total intervention times to reach discharge criteria; to compare the results at the beginning and at the end. Methods: We conducted a clinical cohort, longitudinal, retrospective, observational analysis. The sample consisted of 82 subjects, divided into two subgroups (n = 53 shoulder impingement syndrome SIS n = 29 shoulder joint instability SJI). The measurement instruments used were the VAS, DASH, SPADI, and EMGBF. It was followed the DS protocol proposed by Santos and Matias (2007), according to the three phases of intervention, described by performing a weekly session, monitoring exercises that follow these principles, with EMGBF. The variables were pain, posture, recruitment pattern, motor control, the initial position of the scapula (IPS), range of motion (ROM), muscular strength (MS) and posture. To analyze the data, we used the descriptive and inferential statistics. Results: The intervention was effective in abolishing the pain at the time (0.43 to 0.00/10 VAS in the SIS subgroup and 0.66 to 0.00/10 VAS in the SJI subgroup) in worst pain (5.47 to 0,06/10 VAS in the SIS subgroup and 5.28/ to 0.14/10 VAS in the SJI subgroup), increasing the function (28,57 to 0,66/100 DASH and 39,00 to 0,63/100 SAPDI in the SIS subgroup and 25,80 to 0,38/100 DASH and 28,19 to 0,39/100 SPADI in the SJI subgroup) and the increase in DS of the scapula with normalization of the pattern recruitment, motor control, IPS within the spectrum of normalcy and good ability to control its position along the movement of the upper limb (UL). The intervention provided, although the normalization of ROM, MS and self-correcting posture. The average length of intervention was 6.45 weeks in the SIS subgroup and 5.83 in the IS subgroup. These results are comparable with similar studies that used an intervention based on the same principles (Matias e Cruz, 2004; Cunha e Matias, 2006; Santos e Matias, 2007; Rodrigues e Matias, 2009). Conclusion: The intervention protocol implemented with the use of exercises based on the principles of DS and the use of EMGBF was effective, allowing the accomplishment of goals, in patients with DSJC (SIS and SJI). It was found that, regardless of condition, the results were identical in both groups, showing no significant differences between the variables of the final measure, the total time of intervention and the times to reach discharge criteria, except for pain, which was higher in the SIS subgroup.

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