Carcinogen-induced loss of heterozygosity at the Aprt locus in somatic cells of the mouse

Genetic events leading to the loss of heterozygosity (LOH) have been shown to play a crucial role in the development of cancer. However, LOH events do not occur only in genetically unstable cancer cells but also have been detected in normal somatic cells of mouse and man. Mice, in which one of the alleles for adenine phosphoribosyltransferase (Aprt) has been disrupted by gene targeting, were used to investigate the potency of carcinogens to induce LOH in vivo. After 7,12-dimethyl-1,2-benz[a]anthracene (DMBA) exposure, a 3-fold stronger mutagenic response was detected at the autosomal Aprt gene than at the X chromosomal hypoxantine-guanine phosphoribosyltransferase (Hprt) gene in splenic T-lymphocytes. Allele-specific PCR analysis showed that the normal, nontargeted Aprt allele was lost in 70% of the DMBA-induced Aprt mutants. Fluorescence in situ hybridization analysis demonstrated that the targeted allele had become duplicated in almost all DMBA-induced mutants that displayed LOH at Aprt. These results indicate that the main mechanisms by which DMBA caused LOH were mitotic recombination or chromosome loss and duplication but not deletion. However, after treatment with the alkylating agent N-ethyl-N-nitrosourea, Aprt had a similar mutagenic response to Hprt while the majority (90%) of N-ethyl-N-nitrosourea-induced Aprt mutants had retained both alleles. Unexpectedly, irradiation with x-rays, which induce primarily large deletions, resulted in a significant increase of the mutant frequency at Hprt but not at Aprt. This in vivo study clearly indicates that, in normal somatic cells, carcinogen exposure can result in the induction of LOH events that are compatible with cell survival and may represent an initiating event in tumorigenesis.

Cytochrome P450 CYP1B1 determines susceptibility to 7,12-dimethylbenz[a]anthracene-induced lymphomas

CYP1B1-null mice, created by targeted gene disruption in embryonic stem cells, were born at the expected frequency from heterozygous matings with no observable phenotype, thus establishing that CYP1B1 is not required for mouse development. CYP1B1 was not detectable in cultured embryonic fibroblast (EF) or in different tissues, such as lung, of the CYP1B1-null mouse treated with the aryl hydrocarbon receptor agonist 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin whereas the equivalent wild-type EF cells express basal and substantial inducible CYP1B1 and lung expresses inducible CYP1B1. CYP1A1 is induced to far higher levels than CYP1B1 in liver, kidney, and lung in wild-type mice and is induced to a similar extent in CYP1B1-null mice. 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA) was toxic in wild-type EFs that express CYP1B1 but not CYP1A1. These cells effectively metabolized DMBA, consistent with CYP1B1 involvement in producing the procarcinogenic 3,4-dihydrodiol as a major metabolite, whereas CYP1B1-null EF showed no significant metabolism and were resistant to DMBA-mediated toxicity. When wild-type mice were administered high levels of DMBA intragastrically, 70% developed highly malignant lymphomas whereas only 7.5% of CYP1B1-null mice had lymphomas. Skin hyperplasia and tumors were also more frequent in wild-type mice. These results establish that CYP1B1, located exclusively at extrahepatic sites, mediates the carcinogenicity of DMBA. Surprisingly, CYP1A1, which has a high rate of DMBA metabolism in vitro, is not sufficient for this carcinogenesis, which demonstrates the importance of extrahepatic P450s in determining susceptibility to chemical carcinogens and validates the search for associations between P450 expression and cancer risk in humans.

Relating aromatic hydrocarbon-induced DNA adducts and c-H-ras mutations in mouse skin papillomas: the role of apurinic sites.

Mouse skin tumors contain activated c-H-ras oncogenes, often caused by point mutations at codons 12 and 13 in exon 1 and codons 59 and 61 in exon 2. Mutagenesis by the noncoding apurinic sites can produce G-->T and A-->T transversions by DNA misreplication with more frequent insertion of deoxyadenosine opposite the apurinic site. Papillomas were induced in mouse skin by several aromatic hydrocarbons, and mutations in the c-H-ras gene were determined to elucidate the relationship among DNA adducts, apurinic sites, and ras oncogene mutations. Dibenzo[a,l]pyrene (DB[a,l]P), DB[a,l]P-11,12-dihydrodiol, anti-DB[a,l]P-11,12-diol-13,14-epoxide, DB[a,l]P-8,9-dihydrodiol, 7,12-dimethylbenz[a]anthracene (DMBA), and 1,2,3,4-tetrahydro-DMBA consistently induced a CAA-->CTA mutation in codon 61 of the c-H-ras oncogene. Benzo[a]pyrene induced a GGC-->GTC mutation in codon 13 in 54% of tumors and a CAA-->CTA mutation in codon 61 in 15%. The pattern of mutations induced by each hydrocarbon correlated with its profile of DNA adducts. For example, both DB[a,l]P and DMBA primarily form DNA adducts at the N-3 and/or N-7 of deoxyadenosine that are lost from the DNA by depurination, generating apurinic sites. Thus, these results support the hypothesis that misreplication of unrepaired apurinic sites generated by loss of hydrocarbon-DNA adducts is responsible for transforming mutations leading to papillomas in mouse skin.

Correlation of individual papilloma latency time with DNA adducts, 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, and the rate of DNA synthesis in the epidermis of mice treated with 7,12-dimethylbenz[alpha]anthracene.

The question was addressed whether the risk of cancer of an individual in a heterogeneous population can be predicted on the basis of measurable biochemical and biological variables postulated to be associated with the process of chemical carcinogenesis. Using the skin tumor model with outbred male NMRI mice, the latency time for the appearance of a papilloma was used as an indicator of the individual cancer risk. Starting at 8 weeks of age, a group of 29 mice was treated twice weekly with 20 nmol of 7,12-dimethylbenz[alpha]anthracene (DMBA) applied to back skin. The individual papilloma latency time ranged from 13.5 to 25 weeks of treatment. Two weeks after the appearance of the first papilloma in each mouse, an osmotic minipump delivering 5-bromo-2'-deoxyuridine was s.c. implanted and the mouse was killed 24 hr later. Levels of DMBA-DNA adducts, of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, and various measures of the kinetics of cell division were determined in the epidermis of the treated skin area. The levels of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine and the fraction of cells in DNA replication (labeling index for the incorporation of 5-bromo-2'-deoxyuridine) were significantly higher in those mice that showed short latency times. On the other hand, the levels of DMBA-DNA adducts were lowest in animals with short latency times. The latter finding was rather unexpected but can be explained as a consequence of the inverse correlation seen for the labeling index: with each round of cell division, the adduct concentration is reduced to 50% because the new DNA strand is free of DMBA adducts until the next treatment. Under the conditions of this bioassay, therefore, oxygen radical-related genotoxicity and the rate of cell division, rather than levels of carcinogen-DNA adducts, were found to be of predictive value as indicators of an individual cancer risk.

Influência da deficiência ou suplementação com selênio durante o período gestacional de ratas na suscetibilidade da progênie feminina à carcinogênese mamária

Fatores dietéticos como o selênio (Se) são apontados como importantes moduladores do risco de desenvolvimento do câncer de mama. Essa neoplasia pode apresentar sua origem no início do desenvolvimento e, assim, a alimentação materna poderia ter importantes repercussões na programação fetal da doença. A fim de verificar se diferentes concentração de selênio na dieta materna poderiam programar o risco da progênie feminina ao câncer de mama, ratas foram alimentadas com ração contendo 0,15 (CO), 1,0 (SUP) ou 0,05 (DEF) ppm de Se durante a gestação e sua progênie feminina iniciada com DMBA. A progênie do grupo SUP apresentou menor suscetibilidade à carcinogênese, indicado pelo menor número médio e multiplicidade de adenocarcinomas mamários (p< 0,05), enquanto a do grupo DEF apresentou maior suscetibilidade à carcinogênese, indicado pela maior incidência dos mesmos (p< 0,05). Mães do grupo DEF apresentaram menor concentração de Se no sangue (p< 0,05) e sua prole apresentou menor atividade da enzima GPx1 (p< 0,05). Além disso, observou-se na glândula mamária da progênie de 50 dias menor expressão (western blot e qPCR) de ERα, Her-2, EGFR e Ras no grupo SUP em comparação aos grupos CO e DEF (p< 0,05). Analisou-se, ainda, o padrão de metilação global do DNA (HPLC-DAD), expressão das enzimas DNMT1, 3a e 3b (qPCR), o padrão global de modificações pós traducionais em histonas (western blot) e o padrão de metilação da região promotora do gene Erα (modificação com bissulfito e pirossequenciamento) na glândula mamária da progênie de 50 dias. Não houve diferença no padrão de metilação global do DNA e expressão das enzimas DNMTs (p>0,05). Houve aumento na expressão de H4K16 acetilada nos grupos SUP e DEF (p< 0,05). Finalmente, em comparação a progênie do grupo DEF, a do grupo SUP apresentou região promotora de Erα com aumento marginal (p=0,07) na metilação de dois dinucleotídeos CpG. Conclui-se que o consumo de diferentes concentrações de Se na dieta materna tem impacto sobre a suscetibilidade da progênie ao câncer de mama na vida adulta através da modulação da expressão de receptores e oncogenes relacionados ao desenvolvimeto dessa neoplasia, além da influência em processos epigenéticos. Tais resultados apontam para a existência de uma \"janela de programação\" no início do desenvolvimento sensível a ação do Se, resultando em diminuição do risco de câncer de mama quando suplementado na dieta materna e o inverso quando de sua deficiencia.

Efeitos do consumo materno e/ou paterno de extrato de amora-preta (Rubus spp.) na suscetibilidade da prole feminina à carcinogênese mamária quimicamente induzida

O câncer de mama é o segundo tipo de neoplasia mais prevalente no mundo e o mais comum entre as mulheres. É descrito que o padrão de consumo alimentar materno e paterno está relacionado à suscetibilidade da prole ao desenvolvimento de doenças crônicas não transmissíveis, inclusive o câncer. A amora-preta é uma das frutas com maior conteúdo antioxidante e seus compostos bioativos possuem atividade antioxidante, anticarcinogênica e anti-inflamatória. Sendo assim, o presente trabalho propõe avaliar os efeitos do consumo materno e/ou paterno de extrato de amora-preta (Rubus spp.) na suscetibilidade da prole feminina ao desenvolvimento de neoplasias mamárias quimicamente induzidas. Para tanto, camundongos da linhagem C57BL/6 foram divididos aleatoriamente em 4 grupos: pai amora (PA), mãe amora (MA), pai e mãe amora (PMA) e controle (CTRL). Os pais receberam extrato de amora-preta logo após o desmame durante 8 semanas e as mães receberam o extrato durante a gestação e lactação. O extrato de amora-preta foi administrado na água de beber (0.84g de antocianinas/L) ad libitum. Os pais tratados com extrato de amora apresentaram redução na atividade enzimática da superóxido dismutase (SOD) e da catalase (CAT) no testículo (p<0.05 e p<0.001, respectivamente), aumento na capacidade antioxidante plasmática, na porcentagem de espermatozoides normais e na produção diária de espermatozóides em relação ao grupo controle (p<0.001 para todos). Além disso, os grupos PA, MA e PMA apresentaram aumento na taxa de prenhez (p<0.05) e redução da mortalidade perinatal (p<0.01, p<0.05 e p<0.001, respectivamente). Em relação à prole feminina não submetida à carcinogênese foi observada redução na capacidade antioxidante plasmática nos grupos PA (p<0.001) e MA (p<0.01), enquanto o grupo PMA apresentou aumento nesse parâmetro (p<0.001). No desenvolvimento da glândula mamária, houve aumento do desenvolvimento epitelial nos grupos PA, MA e PMA (p<0.001 para todos), de diferenciação nos grupos MA e PMA (p<0.01 para ambos) e da taxa de apoptose nos grupos MA e PMA (p<0.05), além de redução no número de TEBs nos grupos PA, MA e PMA (p<0.01, p<0.001 e p<0.001, respectivamente). Não foram observadas alterações significativas nas filhas submetidas à indução química da carcinogênese mamária por DMBA. Assim, é possível concluir que apesar de ter alterado o desenvolvimento da glândula mamária, o consumo materno e/ou paterno de extrato de amora-preta não foi capaz de impactar sobre a suscetibilidade da prole feminina à carcinogênese mamária quimicamente induzida.

Rôle de la vitamine K dans le processus de tumorigénèse mammaire chez le rat

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rad18 confers hematopoietic progenitor cell DNA damage tolerance independently of the Fanconi Anemia pathway in vivo.

In cultured cancer cells the E3 ubiquitin ligase Rad18 activates Trans-Lesion Synthesis (TLS) and the Fanconi Anemia (FA) pathway. However, physiological roles of Rad18 in DNA damage tolerance and carcinogenesis are unknown and were investigated here. Primary hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) co-expressed RAD18 and FANCD2 proteins, potentially consistent with a role for Rad18 in FA pathway function during hematopoiesis. However, hematopoietic defects typically associated with fanc-deficiency (decreased HSPC numbers, reduced engraftment potential of HSPC, and Mitomycin C (MMC) -sensitive hematopoiesis), were absent in Rad18(-/-) mice. Moreover, primary Rad18(-/-) mouse embryonic fibroblasts (MEF) retained robust Fancd2 mono-ubiquitination following MMC treatment. Therefore, Rad18 is dispensable for FA pathway activation in untransformed cells and the Rad18 and FA pathways are separable in hematopoietic cells. In contrast with responses to crosslinking agents, Rad18(-/-) HSPC were sensitive to in vivo treatment with the myelosuppressive agent 7,12 Dimethylbenz[a]anthracene (DMBA). Rad18-deficient fibroblasts aberrantly accumulated DNA damage markers after DMBA treatment. Moreover, in vivo DMBA treatment led to increased incidence of B cell malignancy in Rad18(-/-) mice. These results identify novel hematopoietic functions for Rad18 and provide the first demonstration that Rad18 confers DNA damage tolerance and tumor-suppression in a physiological setting.

Rôle de la vitamine K dans le processus de tumorigénèse mammaire chez le rat

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Prospeção de compostos bioativos nas macroalgas Himanthalia elongata, Laminaria ochroleuca e Undaria pinnatifida

O presente trabalho teve como principal objetivo caracterizar os metabolitos secundários, compostos lipofílicos e compostos mais polares, de três macroalgas existentes na costa portuguesa, nomeadamente da H. elongata, L. ochroleuca e U. pinnatifida, de forma a contribuir para a sua valorização. Foram realizadas extrações Soxhlet com diclorometano para extrair os compostos lipofílicos, enquanto as frações mais polares foram obtidas por extrações convencionais sólido-líquido, usando diferentes misturas de solventes (acetona:H2O e metanol:H2O:AcOH). Os extratos foram analisados por GC-MS e HPLC-MS. Os extratos polares foram ainda avaliados quanto à sua atividade antioxidante e quanto ao teor de fenóis totais (método de Folin-Ciocâlteau) e florotaninos (método DMBA). A fração lipofílica das três macroalgas estudadas é composta principalmente por ácidos gordos, álcoois alifáticos de cadeia longa e esteróis. O ácido hexadecanóico mostrou ser o composto maioritário das três espécies de algas, seguido dos ácidos octadeca-9-enóico e tetradecanóico. O fucosterol foi o esterol mais abundante encontrado para a H. elongata, enquanto que na L. ochroleuca e na U. pinnatifida foi o 24-metilenocolesterol. Os extratos polares obtidos a partir das duas metodologias de extração apresentaram rendimentos de extração elevados, tendo os extratos acetona:H2O apresentado rendimentos de extração superiores (88.73-92.33 %). Estes extratos mostraram ainda teores de fenóis e florotaninos totais mais elevados, com valores entre 524.03-635.69 g EAG/kg de peso seco e 1.48-1.55 g EFG/kg de peso seco, respetivamente. Os extratos de acetona:H2O no ensaio DPPH apresentaram valores de IC50 entre 6.57-7.64 μg/mL. Estes valores, apesar de serem inferiores ao IC50 do ácido ascórbico, são superiores ao determinado para o antioxidante sintético butil-hidroxitolueno (BHT). O extrato da acetona:H2O da L. ochroleuca foi o que apresentou melhor atividade antioxidante, com um IC50 de 6.57 ± 0.71 μg/mL. A análise por HPLC-DAD-MSn não permitiu até ao momento detetar compostos fenólicos nos extratos obtidos. Estes resultados são uma contribuição relevante para a valorização destas espécies de macroalgas como fonte de fitoquímicos valiosos.