Detección citogénetica y molecular de expansión de trinucleótidos repetidos CGG y del estado de metilación del gen FMRI en pacientes con síndrome de X-frágil

[Tesis] ( Maestro en Ciencias con Especialidad en Genética ) U.A.N.L.

Identificación de patrones de metilación y expresión del gen RASSF1A en tumores de pacientes con cáncer de mama.

Tesis (Maestría en Ciencias con orientación en Biología Molecular e Ingeniería Genética) UANL, 2014.

Perfil de metilación tumoral como biomarcador para cáncer de mama

Fil: Roqué, María. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Médicas. Laboratorio de Biología Celular y Molecular IHEM-CONICET CCT.

Análisis de los cambios epigenéticos en la metilación del DNA inducidos por la diabetes y sus posibles mecanismos

Los cambios epigenéticos son responsables de la aparición de muchas patologías humanas y sus causas son debido a factores ambientales como genéticos. Se ha descrito en enfermedades crónicas como la Diabetes Mellitus tipo 2 (T2DM) que se caracteriza por los estados de hiperglucemia y el incremento en el estrés oxidativo que conlleva a complicaciones micro y macro vasculares, asociado a una desmetilación global del genoma. Nuestra hipótesis corresponde a que los órganos diana son afectados por las alteraciones como la metilación e hidroximetilación como consecuencia del estrés oxidativo que luego repercuten en la persistencia de la enfermedad. Métodos: A partir de sangre periférica se analizaron los cambios globales en la metilación del DNA que son afectados por el estado metabólico de 60 individuos (40 pacientes, 20 controles sanos). Por técnicas de cuantificación se compararon los resultados obtenidos con los de la expresión de las enzimas involucradas. Por último, se realizó un estudio de microarreglos de metilación del DNA y de expresión obtenidos de la base de datos GEO para así comparar los resultados con nuestros datos experimentales. Resultados: Los pacientes diabéticos con pobre control metabólico presentaron mayores niveles de metilación que el grupo control y no se encontró alteración en las enzimas involucradas en este proceso. Los resultados fueron concordantes con el estudio de microarreglos. Conclusión: Los estudios experimentales y de microarreglos demostraron que la metilación es tejido específico y que existe una mayor oxidación en pacientes. Por ello proponemos una vía alterna de desmetilación no enzimática, basada en la oxidación directa de los grupos metilos generados por los estados oxidativos característicos de esta enfermedad.

Genética Molecular de S-adenosilmetionina sintetasa en Neurospora crassa

S-adenosilmetionina (S-Adomet) es el principal dador de grupos metilo en un gran número de caminos metabólicos siendo, luego del ATP, el co-factor más abundante en reacciones metabólicas. S-Adomet es producido a partir de L-metionina y ATP por la enzima S-adenosil-L-metionina sintetasa. El estudio del metabolismo de S-Adomet en células eucariotas ha tomado un interés creciente en años recientes considerando la íntima relación existente entre niveles celulares alternativos de S-Adomet y procesos normales o patológicos asociados a metilación del DNA. En particular, recientemente se ha propuesto que niveles celulares anormales de S-Adomet y/o actividad anormal de la enzima DNA metiltransferasa pueden afectar la expresión de fenómenos epigenéticos tales como "imprinting" de genes y/o aumentar la frecuencia de aparición de transiciones C --> T afectando así marcadamente las tasas de mutación en el DNA. Esta hipótesis ha sido apoyada por estudios realizados con DNA metiltransferasas procarióticas y por estudios realizados con ratones mutantes en el gen de la principal DNA metiltransferasa de mamíferos. (...) El proyecto está dirigido a conocer la relación existente entre la disponibilidad celular de S-adenosilmetionina y fenómenos de mutación y metilación del DNA en el hongo filamentoso Neurospora crassa. En este contexto, se realiza el clonado y caracterización molecular y estructural del gen de la enzima S-adenosilmetionina sintetasa de este organismo. Se estudia la consecuencia de la expresión aberrante de variantes normales y mutantes de este gen in vivo. Se analizará la influencia de niveles celulares alternativos de S-adenosilmetionina sobre dos fenómenos epigenéticos vinculados a metilación del DNA denominados quelling y RIP.

Mecanismos epigenéticos involucrados en regulación génica específica durante los procesos de diferenciación del protozoario intestinal giardia lamblia.

Se define como epigenética al área de la genética que estudia todos aquellos cambios heredables que no se encuentran determinados en la secuencia primaria del ADN (Albert y col., 2002). Los cambios epigenéticos son variados; los más conocidos son la metilación de bases nitrogenadas (que no existe en Giardia; Prucca y col., 2008), las modificaciones post-traduccionales de histonas y los Complejos de Remodelación de Cromatina. En los últimos años se ha avanzado en el estudio de la regulación de la expresión de genes mediante estos procesos. El mecanismo de ARNi está íntimamente relacionado con la modificaciones post-traduccionales de histonas; regulando la estructura de cromatina y permitiendo que los complejos primarios de transcripción de genes puedan o no expresar la información. Nuestra hipótesis de trabajo se basa en que cambios epigenéticos están involucrados en la regulación génica específica durante los procesos de adaptación y diferenciación de Giardia. Para responder la misma se plantean los siguientes objetivos específicos: 1. Identificar modificaciones de histonas y su relación con los procesos de diferenciación celular en Giardia. 2. Caracterizar enzimas involucradas en las modificaciones post-traduccionales de histonas. 3. Determinar qué tipo de modificaciones participan en la activación o silenciamiento de la expresión de genes específicos. 4. Manipular al parásito para aumentar o disminuir las modificaciones epigenéticas que pueden estar involucradas en los procesos de diferenciación a quiste o en la variación antigénica para una mayor comprensión de los mecanismos moleculares involucrados. 5. Determinar el estado redox de Giardia durante el enquistamiento y la variación antigénica. 6. Participación de ARN-helicasas en los Complejos Remodeladores de Cromatina.

Análisis comparativo de tres técnicas de derivación de células madre

Las células madre embrionarias (Embryonic Stem Cells; ESC) son células pluripotentes que presentan la capacidad de dividirse indefinidamente a la vez que mantienen la habilidad para diferenciarse a cualquier tipo celular. Aunque de manera rutinaria se derivan a partir de la masa celular interna de embriones en estadio de blastocisto, también pueden derivarse a partir de embriones en estadios precompactacionales y de embriones reconstruidos por procesos de transferencia nuclear. Debido a que durante el desarrollo embrionario temprano, momento en el que se derivan las ESC, tienen lugar profundos cambios de metilación en el genoma, tanto la derivación como el cultivo se consagran como técnicas que pueden alterar los patrones de metilación en genes regulados por impronta genómica. Con el objetivo de analizar la estabilidad epigenética de embriones preimplantacionales y ESC murinas, en este trabajo se ha optimizado un protocolo de anàlisis de los niveles de metilación mediante pirosecuenciación. Para ello se han seleccionado tres genes regulados por impronta genómica (H19/Igf2, Snrpn and Peg3), dos genes relacionados con el mantenimiento de pluripotencia en ESC (Oct4, Nanog y Sox2) y dos genes marcadores de diferenciación temprana (Cdx2 y Gata6). Nuestros resultados muestran que algunos grupos de embriones preimplantacionales presentan una hipo e hipermetilación en las regiones diferencialmente metiladas (Differentially Methylated Regions, DMRs) de los genes Snrpn y Peg3. Además, la línea de ESC analizada presentó anomalías en los tres genes regulados por impronta genómica. No obstante, el hecho de que esta línea fuera inestable a nivel cariotípico no permite establecer una relación entre el cultivo in vitro o la técnica de derivación y la inestabilidad epigenética demostrada. Por todo esto, parece pertinente analizar tanto la integridad epigenética como la estabilidad cromosómica de ESC antes de proceder a realizar ensayos clínicos en humanos.

Relació i valor pronòstic de la metilació del promotor MGMT , amplificació del EGFR i mutació de l’ EGFRvIII en una sèrie de pacients amb glioblastoma.

Introducció. La metilació de l’enzim MGMT és un factor predictiu de resposta en pacients amb glioblastoma tractats amb alquilants, però el seu valor pronòstic s’està estudiant . Tanmateix, en el cas de l’amplificació de l ‘EGFR i la mutació EGFRvIII no se s’ha demostrat cap mena de valor pronòstic ni predictiu. Objetius. Determinar la distribució de la metilació de l’enzim MGMT , amplificació de l’ EGFR i mutació EGFR vIII , l’asociació entre ells i avaluar la supervivència global i supervivència lliure de progresió en relació amb l’estat de metilació del MGMT , amplificació de l ‘EGFR mutació EGFR vIII . Material i mètodes. S’hi han determinat les variacions genètiques en una població de 70 pacients amb glioblastoma i s’han relacionat, a més, amb la supervivènciia global i temps a la progressió. Resultats. La metilació del MGMT , amplificació de l’ EGFR i detecció de ’l EGFR vIII foren detectats en un 38,6 % , 50% y 25,7% DELS pacients , respectivament. No es va demostrar pas cap relació entre l’estat de metilació del MGMT i l’estat de l’ EGFR , a diferència de la relació entre l’amplificació de l’ EGFR i la mutació EGFRvIII. En l’anàlisi multivariant de supervivència global i temps a la progressió, els factors edat , radioteràpia i metilació del MGMT foren significatius. . Conclusions. L’estat de metilació del MGMT és, doncs, un factor pronòstic de supervivència en pacients diagnosticats de glioblastoma tractats amb radioteràpia i quimioteràpia basada en alquilants , a diferencia de l’amplificació de l’ EGFR i mutació EGFRvIII.

Hypermethylated 14-3-3-sigma and ESR1 gene promoters in serum as candidate biomarkers for the diagnosis and treatment efficacy of breast cancer metastasis

Background: Numerous hypermethylated genes have been reported in breast cancer, and the silencing of these genes plays an important role in carcinogenesis, tumor progression and diagnosis. These hypermethylated promoters are very rarely found in normal breast. It has been suggested that aberrant hypermethylation may be useful as a biomarker, with implications for breast cancer etiology, diagnosis, and management. The relationship between primary neoplasm and metastasis remains largely unknown. There has been no comprehensive comparative study on the clinical usefulness of tumor-associated methylated DNA biomarkers in primary breast carcinoma and metastatic breast carcinoma. The objective of the present study was to investigate the association between clinical extension of breast cancer and methylation status of Estrogen Receptor1 (ESR1) and Stratifin (14-3-3-σ) gene promoters in disease-free and metastatic breast cancer patients. Methods: We studied two cohorts of patients: 77 patients treated for breast cancer with no signs of disease, and 34 patients with metastatic breast cancer. DNA was obtained from serum samples, and promoter methylation status was determined by using DNA bisulfite modification and quantitative methylation-specific PCR. Results: Serum levels of methylated gene promoter 14-3-3-σ significantly differed between Control and Metastatic Breast Cancer groups (P < 0.001), and between Disease-Free and Metastatic Breast Cancer groups (P < 0.001). The ratio of the 14-3-3-σ level before the first chemotherapy cycle to the level just before administration of the second chemotherapy cycle was defined as the Biomarker Response Ratio [BRR]. We calculated BRR values for the "continuous decline" and "rise-and-fall" groups. Subsequent ROC analysis showed a sensitivity of 75% (95% CI: 47.6 - 86.7) and a specificity of 66.7% (95% CI: 41.0 - 86.7) to discriminate between the groups for a cut-off level of BRR = 2.39. The area under the ROC curve (Z = 0.804 ± 0.074) indicates that this test is a good approach to post-treatment prognosis. Conclusions: The relationship of 14-3-3-σ with breast cancer metastasis and progression found in this study suggests a possible application of 14-3-3-σ as a biomarker to screen for metastasis and to follow up patients treated for metastatic breast cancer, monitoring their disease status and treatment response.

The RNA-binding protein HuR regulates DNA methylation through stabilization of DNMT3b mRNA

The molecular basis underlying the aberrant DNA-methylation patterns in human cancer is largely unknown. Altered DNA methyltransferase (DNMT) activity is believed to contribute, as DNMT expression levels increase during tumorigenesis. Here, we present evidence that the expression of DNMT3b is post-transcriptionally regulated by HuR, an RNA-binding protein that stabilizes and/or modulates the translation of target mRNAs. The presence of a putative HuR-recognition motif in the DNMT3b 3'UTR prompted studies to investigate if this transcript associated with HuR. The interaction between HuR and DNMT3b mRNA was studied by immunoprecipitation of endogenous HuR ribonucleoprotein complexes followed by RT-qPCR detection of DNMT3b mRNA, and by in vitro pulldown of biotinylated DNMT3b RNAs followed by western blotting detection of HuR. These studies revealed that binding of HuR stabilized the DNMT3b mRNA and increased DNMT3b expression. Unexpectedly, cisplatin treatment triggered the dissociation of the [HuR-DNMT3b mRNA] complex, in turn promoting DNMT3b mRNA decay, decreasing DNMT3b abundance, and lowering the methylation of repeated sequences and global DNA methylation. In summary, our data identify DNMT3b mRNA as a novel HuR target, present evidence that HuR affects DNMT3b expression levels post-transcriptionally, and reveal the functional consequences of the HuR-regulated DNMT3b upon DNA methylation patterns.

Methylation alterations are not a major cause of PTTG1 misregulation.

BACKGROUND On its physiological cellular context, PTTG1 controls sister chromatid segregation during mitosis. Within its crosstalk to the cellular arrest machinery, relies a checkpoint of integrity for which gained the over name of securin. PTTG1 was found to promote malignant transformation in 3T3 fibroblasts, and further found to be overexpressed in different tumor types. More recently, PTTG1 has been also related to different processes such as DNA repair and found to trans-activate different cellular pathways involving c-myc, bax or p53, among others. PTTG1 over-expression has been correlated to a worse prognosis in thyroid, lung, colorectal cancer patients, and it can not be excluded that this effect may also occur in other tumor types. Despite the clinical relevance and the increasing molecular characterization of PTTG1, the reason for its up-regulation remains unclear. METHOD We analysed PTTG1 differential expression in PC-3, DU-145 and LNCaP tumor cell lines, cultured in the presence of the methyl-transferase inhibitor 5-Aza-2'-deoxycytidine. We also tested whether the CpG island mapping PTTG1 proximal promoter evidenced a differential methylation pattern in differentiated thyroid cancer biopsies concordant to their PTTG1 immunohistochemistry status. Finally, we performed whole-genome LOH studies using Affymetix 50 K microarray technology and FRET analysis to search for allelic imbalances comprising the PTTG1 locus. CONCLUSION Our data suggest that neither methylation alterations nor LOH are involved in PTTG1 over-expression. These data, together with those previously reported, point towards a post-transcriptional level of misregulation associated to PTTG1 over-expression.

Role of gene methylation in antitumor immune response: Implication for tumor progression

Cancer immunosurveillance theory has emphasized the role of escape mechanisms in tumor growth. In this respect, a very important factor is the molecular characterization of the mechanisms by which tumor cells evade immune recognition and destruction. Among the many escape mechanisms identified, alterations in classical and non-classical HLA (Human Leucocyte Antigens) class I and class II expression by tumor cells are of particular interest. In addition to the importance of HLA molecules, tumor-associated antigens and accessory/co-stimulatory molecules are also involved in immune recognition. The loss of HLA class I antigen expression and of co-stimulatory molecules can occur at genetic, transcriptional and post-transcriptional levels. Epigenetic defects are involved in at least some mechanisms that preclude mounting a successful host-antitumor response involving the HLA system, tumor-associated antigens, and accessory/co-stimulatory molecules. This review summarizes our current understanding of the role of methylation in the regulation of molecules involved in the tumor immune response.

Epigenetic regulation of human cancer/testis antigen gene, HAGE, in chronic myeloid leukemia.

BACKGROUND AND OBJECTIVES Cancer testis antigens (CTA) provide attractive targets for cancer-specific immunotherapy. Although CTA genes are expressed in some normal tissues, such as the testis, this immunologically protected site lacks MHC I expression and as such, does not present self antigens to T cells. To date, CTA genes have been shown to be expressed in a range of solid tumors via demethylation of their promoter CpG islands, but rarely in chronic myeloid leukemia (CML) or other hematologic malignancies. DESIGN AND METHODS In this study, the methylation status of the HAGE CTA gene promoter was analyzed by quantitative methylation-specific polymerase chain reaction (MSP) and sequencing in four Philadelphia-positive cell lines (TCC-S, K562, KU812 and KYO-1) and in CML samples taken from patients in chronic phase (CP n=215) or blast crisis (BC n=47). HAGE expression was assessed by quantitative reverse transcriptase-polymerase chain reaction. RESULTS The TCC-S cell line showed demethylation of HAGE that was associated with over-expression of this gene. HAGE hypomethylation was significantly more frequent in BC (46%) than in CP (22%) (p=0.01) and was correlated with high expression levels of HAGE transcripts (p<0.0001). Of note, in CP-CML, extensive HAGE hypomethylation was associated with poorer prognosis in terms of cytogenetic response to interferon (p=0.01) or imatinib (p=0.01), molecular response to imatinib (p=0.003) and progression-free survival (p=0.05). INTERPRETATIONS AND CONCLUSION: The methylation status of the HAGE promoter directly correlates with its expression in both CML cell lines and patients and is associated with advanced disease and poor outcome.

ESR1 gene promoter region methylation in free circulating DNA and its correlation with estrogen receptor protein expression in tumor tissue in breast cancer patients.

BACKGROUND Tumor expression of estrogen receptor (ER) is an important marker of prognosis, and is predictive of response to endocrine therapy in breast cancer. Several studies have observed that epigenetic events, such methylation of cytosines and deacetylation of histones, are involved in the complex mechanisms that regulate promoter transcription. However, the exact interplay of these factors in transcription activity is not well understood. In this study, we explored the relationship between ER expression status in tumor tissue samples and the methylation of the 5' CpG promoter region of the estrogen receptor gene (ESR1) isolated from free circulating DNA (fcDNA) in plasma samples from breast cancer patients. METHODS Patients (n = 110) with non-metastatic breast cancer had analyses performed of ER expression (luminal phenotype in tumor tissue, by immunohistochemistry method), and the ESR1-DNA methylation status (fcDNA in plasma, by quantitative methylation specific PCR technique). RESULTS Our results showed a significant association between presence of methylated ESR1 in patients with breast cancer and ER negative status in the tumor tissue (p = 0.0179). There was a trend towards a higher probability of ESR1-methylation in those phenotypes with poor prognosis i.e. 80% of triple negative patients, 60% of HER2 patients, compared to 28% and 5.9% of patients with better prognosis such as luminal A and luminal B, respectively. CONCLUSION Silencing, by methylation, of the promoter region of the ESR1 affects the expression of the estrogen receptor protein in tumors of breast cancer patients; high methylation of ESR1-DNA is associated with estrogen receptor negative status which, in turn, may be implicated in the patient's resistance to hormonal treatment in breast cancer. As such, epigenetic markers in plasma may be of interest as new targets for anticancer therapy, especially with respect to endocrine treatment.

Prognostic impact of MGMT promoter methylation and MGMT and CD133 expression in colorectal adenocarcinoma.

BACKGROUND New biomarkers are needed for the prognosis of advanced colorectal cancer, which remains incurable by conventional treatments. O6-methylguanine DNA methyltransferase (MGMT) methylation and protein expression have been related to colorectal cancer treatment failure and tumor progression. Moreover, the presence in these tumors of cancer stem cells, which are characterized by CD133 expression, has been associated with chemoresistance, radioresistance, metastasis, and local recurrence. The objective of this study was to determine the prognostic value of CD133 and MGMT and their possible interaction in colorectal cancer patients. METHODS MGMT and CD133 expression was analyzed by immunohistochemistry in 123 paraffin-embedded colorectal adenocarcinoma samples, obtaining the percentage staining and intensity. MGMT promoter methylation status was obtained by using bisulfite modification and methylation-specific PCR (MSP). These values were correlated with clinical data, including overall survival (OS), disease-free survival (DFS), tumor stage, and differentiation grade. RESULTS Low MGMT expression intensity was significantly correlated with shorter OS and was a prognostic factor independently of treatment and histopathological variables. High percentage of CD133 expression was significantly correlated with shorter DFS but was not an independent factor. Patients with low-intensity MGMT expression and ≥50% CD133 expression had the poorest DFS and OS outcomes. CONCLUSIONS Our results support the hypothesis that MGMT expression may be an OS biomarker as useful as tumor stage or differentiation grade and that CD133 expression may be a predictive biomarker of DFS. Thus, MGMT and CD133 may both be useful for determining the prognosis of colorectal cancer patients and to identify those requiring more aggressive adjuvant therapies. Future studies will be necessary to determine its clinical utility.