Caracterização da marcação imunohistoquímica da protein gene product 9.5 (PGP 9.5) em células astrocitárias

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Implicações imunobiológicas da infecção a herpesvirus em tumores malignos : pesquisa e análise quantitativa de herpesvirus humanos no astrocitoma pilocítico

RESUMO: As infecções virais podem contribuir para o desenvolvimento do cancro, estando vários tumores malignos associados aos Herpesvirus (HHV). O vírus de Epstein-Barr (EBV) e o Herpesvirus 8, dois Herpesvirus, foram reconhecidos como agentes etiológicos de várias neoplasias. O astrocitoma pilocítico do cerebelo é um dos tumores cerebrais mais frequentes na criança, adolescentes e jovens adultos e a proliferação astrocitária ocorre geralmente após vários tipos de agressão, nomeadamente a infecção viral. Para investigar esta eventual interligação, estudámos 35 astrocitomas pilocíticos, pesquisando a presença dos 8 Herpesvirus. Neste estudo, foram utilizadas 10 amostras de biópsias do cerebelo de doentes que faleceram por doenças não relacionadas com infecção ou patologia tumoral. A maioria dos astrocitomas (33) eram tumores de baixa malignidade. As amostras foram analisadas por PCR (Polymerase Chain Reaction) quantitativa em tempo real (qPCR), com amplificação do gene da DNA polimerase viral. Treze astrocitomas e 7 controles revelaram pequenas quantidades de DNA viral (1-100 cópias/100ng DNA) de todos os Herpesvirus, com excepção do HHV6 A e B que estava ausente nas amostras. O EBV foi identificado em 9 dos 35 astrocitomas (26%) e em 7 dos 10 controles (70%) estando muito mais presente nos controles. As amostras positivas para o EBV foram também analisadas por imunohistoquímica, não tendo sido imunoreactivas para os anticorpos utilizados. A PCR com CODEHOP (consensus-degenerated hybrid oligonucleotide primers) foi utilizada para investigar a presença de um eventual Herpesvirus novo nestas amostras. Não foi identificada nenhuma sequência indicativa de um novo HHV por este método. 24. Em conclusão, os dados apontam para a presença de Herpesvirus, com particular relevância para o EBV, em tecido de cerebelo normal e em tumores cerebrais, embora em níveis demasiado baixos para poderem ser responsabilizados pela indução tumoral. A presença de sequências de DNA de Herpesvirus, nomeadamente do EBV, no Sistema Nervoso Central vem enriquecer a discussão sobre o significado da infecção viral na oncogénese humana, particularmente na neuro-oncogénese. ABSTRACT: Viral infections can contribute to the development of human cancer. Several human malignancies are linked with Human Herpesviruses (HHVs). Epstein-Barr virus and HHV8, two hHerpesvirus, have been recognized as etiologic agents of several neoplasms. Pilocytic astrocytoma of the cerebellum is one of the most common brain tumour in children, adolescents and young adults and astrocytary proliferation generally occurs after several types of injury, namely viral infection. To further explore this association, we have searched the tissue from 35 pilocytic astrocytoma, for all the 8 HHV. In this study, ten brain biopsies (cerebellum) from patients who died of unrelated diseases were used as controls. Most of the astrocytomas (33) were of low grade malignity. Samples were assessed by Real-time quantitative Polymerase Chain Reaction (q PCR) amplification of viral DNA polymerase gene. Thirteen astrocytoma and 7 controls showed low viral DNA levels (1-100 copies/100ng DNA) for all HHVs, with the exception of HHV6 that was absent. EBV was identified in 9 of the 35 astrocytoma (26 %) and in 7 of the 10 controls (70%) being more present in controls. EBV positive samples were also assessed by Immunohistochemistry (IHC) but none showed immunoreactivity for the antibodies used. PCR with consensus-degenerated hybrid oligonucleotide primers (CODEHOP) were also used to look for novel HHVs in these samples and no sequence indicative of a new HHV was detected. 26 Altogether the data indicate the presence of HHVs, with relevance for EBV in normal cerebellum tissue and also in brain tumours but at too low levels to be considered responsible for tumour induction. The presence of HHV DNA sequences, particularly EBV, in the studied brain tumours and control samples, further enriches the discussion about the relevance of viral infection in human oncogenesis, particularly neuro-oncogenesis.RÉSUMÉ: Les infections virales peuvent contribuer au développement du cancer. Les vírus de type Herpès sont associés à plusieurs néoplasies. Il est par exemple établi que les vírus Epstein-Barr et « human Herpesvirus 8 » (HHV-8) sont responsables de plusieurs tumeurs malignes. L´astrocytome pilocitique du cervelet est l’une des tumeurs les plus fréquentes chez les enfants, adolescents et adultes jeunes. En général la prolifération des astrocytes se produit en réponse à une agression. Posant l’hypothèse d’une agression d’origine virale, nous avons recherché la présence des 8 vírus Herpès dans les tissus de 35 astrocytomes. Dans cette étude, 10 échantillons de biopsie de cervelet de patients décédés suite à d’autres pathologies, ont été utilisés comme contrôles. La majorité des astrocytomes étaient de très basse malignité. Les échantillons ont été étudiés par PCR quantitative en temps réel, en amplifiant le gène de l’ADN-polymérase virale. Treize astrocytomes sur 35 (37%) et 7 contrôles sur 10 (70%) ont été trouvés positifs pour tous les HHV sauf l´HHV6, toujours avec un nombre de copies de polymérase virale bas (< 100 copies/100 ng d’ADN). Notamment l’EBV a été identifié 7 fois dans les contrôles (70%) et 9 fois dans les astrocytomes (26%). Les échantillons positifs pour l`EBV ont aussi été étudiés par immuno-histochimie. Aucun signal n’a été observé avec les anticorps utilisés. Enfin, une technique de PCR avec oligonucléotides dégénérés (CODEHOP ou consensus degenerated hybrid oligonucleotide primers) a été utilisée pour rechercher la présence d´un éventuel nouveau vírus Herpès dans les échantillons d’astrocytome. Aucun nouveau vírus n’a été identifié. 28 En résumé, nous avons établi la présence de vírus Herpès, en particulier l´EBV, dans le cervelet normal et dans les tumeurs du cerveau. Les quantités d’ADN viral retrouvées sont faibles et ne permettent pas d’attribuer à ces vírus la responsabilité de l’induction des tumeurs. Cependant, la présence d’ADN de vírus Herpès dans le cerveau sain ou pathologique vient enrichir la discussion sur le signification de l´infection virale dans les processus d´oncogenèse en général, et dans la neuroonco-genèse en particulier.

Stratégies thérapeutiques pour le traitement des gliomes [Therapeutic strategies for the management of gliomas]

The management of gliomas remains challenging and requires a multidisciplinary approach that involves neurosurgeons, radiation therapists and oncologists. For patients with glioblastomas, progress has been made in recent years with the introduction of a combined modality treatment associating radiation therapy and concomitant chemotherapy with the novel alkylating agent temozolomide. This combination resulted in a significant prolongation of survival and increase in the number of patients with survival well beyond two years. Since then, interest in developing new agents in this disease has dramatically increased. In parallel, molecular markers, such as methylation status of MGMT or identification of the translocation of 1p and 19q in oligodendrogliomas have allowed to identify distinct subtypes with exquisite response to treatment or different prognosis. These developments have implications for the development of clinical trials of new potential drug treatments. In this article, we provide a review of the current management of low- and high-grade gliomas, including astrocytomas, oligodendrogliomas and glioblastomas and provide an outlook into future potential therapies.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

The Ultrastructural Study of Tumorigenic Cells Using Nanobiomarkers

Despite recent advances, patients with malignant brain tumors still have a poor prognosis. Glioblastoma (WHO grade 4 astrocytoma), the most malignant brain tumor, represents 50% of all astrocytomas, with a median survival rate of <1 year. It is, therefore, extremely important to search for new diagnostic and therapeutic approaches for patients with glioblastoma. This study describes the application of superparamagnetic nano-particles of iron oxide, as well as monoclonal antibodies, of immunophenotypic significance, conjoined to quantum dots for the ultrastructural assessment of glioblastoma cells. For this proposal, an immunophenotypic study by flow cytometry was carried out, followed by transmission electron microscopy analysis. The process of tumor cell labeling using nanoparticles can successfully contribute to the identification of tumorigenic cells and consequently for better understanding of glioblastoma genesis and recurrence. In addition, this method may help further studies in tumor imaging, diagnosis, and prognostic markers detection.

LOSS OF THE SEX-CHROMOSOME IN HUMAN NEOPLASIAS OF THE NERVOUS-SYSTEM

Thirty-eight tumors (five grade I-II astrocytomas, three grade III astrocytomas, four glioblastomas, one oligodendroglioma, four ependymomas, one pineocytoma, three medulloblastomas, four acoustic nerve neurinomas, one intraspinal neurinoma, one neurofibroma, 10 meningiomas, and one craniopharyngioma) and three benign lesions of the nervous system were evaluated cytogenetically after in vitro culture. Sex chromosome loss was detected in 56% of the cases (-X in 13 of the 25 female patients and -Y in nine of the 16 male patients). The objective of the present report was to study the role of this abnormality in cells of the nervous system.

Genetic and modifying factors that determine the risk of brain tumors

Some modifying factors may determine the risk of brain tumors. Until now, it could not be attempted to identify people at risk and also to improve significantly disease progression. Current therapy consists of surgical resection, followed by radiation therapy and chemotherapy. Despite of these treatments, the prognosis for patients is poor. In this review, we highlight general aspects concerning genetic alterations in brain tumors, namely astrocytomas, glioblastomas, oligodendrogliomas, medulloblastomas and ependymomas. The influence of these genetic alterations in patients' prognosis is discussed. Mutagen sensivity is associated with cancer risk. The convincing studies that linked DNA damages and DNA repair alterations with brain tumors are also described. Another important modifying factor is immunity. General immune response against cancer, tumor microenvironment and immune response, mechanisms of tumor escape, CNS tumor immunology, immune defects that impair anti-tumor systemic immunity in brain tumor patients and local immunosuppressive factors within CNS are also reviewed. New hope to treatment perspectives, as dendritic-cell-based vaccines is summarized too. Concluding, it seems well established that there is association between brain tumor risk and mutagen sensivity, which is highly heritable. Primary brain tumors cause depression in systemic host immunity; local immunosuppressive factors and immunological characteristics of tumor cells may explain the poor prognosis and DNA damages responses can alert immune system. However, it is necessary to clarify if individuals with both constitutional defects in immune functions and genetic instability have higher risk of developing brain tumors. Cytogenetic prospective studies and gene copy number variations analysis also must be performed in peripheral lymphocytes from brain tumor patients. © 2011 Bentham Science Publishers Ltd.

Pilomyxoid astrocytoma of the brainstem

A pilomyxoid astrocytoma is a recently described tumor that occurs predominantly in the hypothalamic-chiasmatic region and is rarely found elsewhere. It has similar features as pilocytic astrocytomas, but has distinct histological characteristics and a poorer prognosis. A pilomyxoid astrocytoma is an aggressive tumor, and increased awareness is necessary with a suspect case. We present the first case of a pilomyxoid astrocytoma of the brainstem described after the newest World Health Organization classification of central nervous system tumors. © F.O. Pereira et al., 2013. Licensee PAGEPress, Italy.

Avaliação da densidade microvascular em astrocitomas em adultos correlacionada com SPECT-MIBI

Pós-graduação em Pesquisa e Desenvolvimento (Biotecnologia Médica) - FMB

Análises moleculares da região controle do DNA mitocondrial de astrocitomas na população paraense

O câncer do sistema nervoso central representa 2% de todas as neoplasias malignas na população mundial e 23% dos casos de câncer infantil. No Brasil, estimam-se 4.820 casos deste câncer em homens e 4.450 em mulheres para o ano de 2012. Os gliomas são tumores do sistema nervoso central formados a partir de células da glia e somam mais de 70% do tumores cerebrais. A propriedade mais importante dos gliomas é sua capacidade de evasão imunológica. Idade, etnia, gênero e ocupação podem ser considerados fatores de risco para o surgimento de gliomas, e são duas vezes mais frequentes em afro-americanos. O astrocitoma é o tumor glial mais frequente, constituindo cerca de 75% dos casos de gliomas. Estes tumores são classificados em quatro graus, de acordo com a Organização Mundial de Saúde. O DNA mitocondrial está relacionado com o desenvolvimento e a progressão de vários tipos de tumores. A mitocôndria é responsável pelo balanço energético celular e está envolvida no disparo da apoptose em resposta ao estresse oxidativo. Mutações na D-LOOP podem alterar a taxa de replicação do DNA e aumentar o risco do desenvolvimento do câncer. Neste estudo foram analisadas 29 amostras de astrocitoma classificados de acordo com a OMS. Nossos dados sugerem que os astrocitomas de baixo grau podem estar relacionados à herança genética, tornando portadores de alguns polimorfismos ou mutações específicas, mais suscetíveis ao risco de desenvolver a doença, e os de alto grau podem estar relacionados à exposição prolongada aos agentes carginógenos. Foram identificados polimorfismos e mutações onde alguns apresentaram relação com o risco do desenvolvimento de astrocitomas e com a progressão da doença. A inserção de dois ou mais nucleotídeos nas regiões de microssatélites pode causar sua instabilidade e contribuir com o surgimento do câncer. A deleção no sítio 16132 pode ser um marcador para astrocitoma de alto grau, assim como a inserção de duas ou mais citosinas no sítio 16190 pode ser um marcador específico para astrocitomas. As mutações heteroplásmicas podem ser determinantes para o surgimento e/ou progressão de astrocitomas de alto grau.

Modulation of HJURP (Holliday Junction-Recognizing Protein) Levels Is Correlated with Glioblastoma Cells Survival

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo funcional de genes de reparo de DNA superexpressos em glioblastoma multiforme

Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia - FCFAR

Estudo das alterações genéticas da Interleucina 28B em Astrocitomas

Pós-graduação em Pesquisa e Desenvolvimento (Biotecnologia Médica) - FMB

Development, characterization, and in vitro trials of chloroaluminum phthalocyanine-magnetic nanoemulsion to hyperthermia and photodynamic therapies on glioblastoma as a biological model

A glioblastoma multiforme (GBM) is the highest grade glioma tumor (grade IV) and is the most malignant form of astrocytomas. Grade IV tumors, which are the most malignant and aggressive, affect people between the ages of 45 and 70 years. A GBM exhibits remarkable characteristics that include excessive proliferation, necrosis, genetic instability, and chemoresistance. Because of these characteristics, GBMs are difficult to treat and have a poor prognosis with a median survival of less than one year. New methods to achieve widespread distribution of therapeutic agents across infiltrative gliomas significantly improve brain tumor therapy. Photodynamic therapy (PDT) and hyperthermia (HPT) are well-established tumor therapies with minimal side effects while acting synergistically. This study introduces a new promising nanocarrier for the synergistic application of PDT and magnetic hyperthermia therapy against human glioma cell line T98 G, with cellular viability reduction down to as low as 17% compared with the control. (C) 2012 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3671775]

Quantitative proteomic analysis and functional studies reveal that nucleophosmin is involved in cell death in glioblastoma cell line transfected with siRNA

Previously, we reported that nucleophosmin (NPM) was increased in glioblastoma multiforme (GBM). NPM is a phosphoprotein related to apoptosis, ribosome biogenesis, mitosis, and DNA repair, but details about its function remain unclear. We treated U87MG and A172 cells with small interference RNA (siRNA) and obtained a reduction of 80% in NPM1 expression. Knockdown at the protein level was evident after the 4th day and was maintained until the 7th day of transfection that was investigated by quantitative proteomic analysis using isobaric tags. The comparison of proteomic analysis of NPM1-siRNA against controls allowed the identification of 14 proteins, two proteins showed increase and 12 presented a reduction of expression levels. Gene ontology assigned most of the hypoexpressed proteins to apoptosis regulation, including GRP78. NPM1 silencing did not impair cell proliferation until the 7th day after transfection, but sensitized U87MG cells to temozolomide (TMZ), culminating with an increase in cell death and provoking at a later period a reduction of colony formation. In a large data set of GBM patients, both GRP78 and NPM1 genes were upregulated and presented a tendency to shorter overall survival time. In conclusion, NPM proved to participate in the apoptotic process, sensitizing TMZ-treated U87MG and A172 cells to cell death, and in association with upregulation of GRP78 may be helpful as a predictive factor of poor prognosis in GBM patients.