Identification and investigation of the differentially expressed genes in patients with chronic myeloid leukemia and controls

A elucidação dos mecanismos moleculares envolvidos na fisiopatologia e tratamento das doenças hematológicas, bem como no entendimento do perfil de expressão gênica das linhagens celulares leucêmicas, tem sido objeto de numerosas investigações. Com o uso da técnica SSH (Subtractive Supression Hybridization ou Biblioteca Subtrativa Supressiva) foi possível identificar importantes genes que se encontram diferencialmente expressos em granulócitos de pacientes com Leucemia Mielóide Crônica e indivíduos controle. Foram encontrados 39 genes superexpressos e 173 com expressão diminuída em células de LMC. Ao relacionar esses genes com vias metabólicas que estão reguladas positiva (expressão aumentada) ou negativamente (expressão diminuída) nessa doença, verificou-se que a maioria dos genes estavam relacionados com a regulação de NF-kB, AKT, o Interferon e a IL-4 em células de controle. Entre os genes superexpressos encontrados na LMC, foi observado o SEPT5, RUNX1, MIER1, KPNA6 e FLT3, enquanto PAN3, TOB1 e ITCH estavam com expressão diminuída nessa doença em comparação com indivíduos controle. O TOB1 se mostrou promissor, uma vez que é um gene supressor tumoral, pode estar envolvido na proliferação de células leucêmicas e interage com vários outros genes encontrados neste estudo. Assim, devido à grande heterogeneidade de funções relacionadas com a expressão desse gene, foi investigada a relação entre a expressão de mRNA e as respostas aos ITK´s na LMC. A avaliação foi realizada por PCR em tempo real em doentes com CCgR, PCgR, MINCgR e NOCgR após tratamento com TKI's e os resultados foram comparados com a expressão em granulócitos de indivíduos controle, observando que os pacientes NOCgR têm uma expressão de TOB1 significativamente inferior em comparação com doadores saudáveis e pacientes que alcançaram RCgC. Ao comparar pacientes não resistentes e resistentes a diferença foi significativa. Esses resultados sugerem que a expressão diminuída de TOB1 em pacientes NOCgR pode ser indicativo de desregulação da apoptose e de vias de sinalização importantes nessa doença incluindo a via da AKT, conduzindo assim a resistência a ITK's nesses pacientes. Outro objetivo deste trabalho foi caracterizar a função dos genes TOB1 e SEPT5 nos processos celulares e vias de sinalização de apoptose, proliferação, migração e ciclo celular em linhagens celulares leucêmicas. Ao realizar o silenciamento desses genes (utilizando partículas lentivirais) notou-se que o silenciamento de TOB1, como já descrito na literatura em outras doenças, interfere na proliferação celular, clonogenicidade, apoptose, ciclo celular e expressão de proteínas importantes da cascata de sinalização, o que salienta sua importância em células BCR-ABL positivas. Já o gene SEPT5 ao ser silenciado leva a algumas alterações como a apoptose e ciclo celular. Nesse contexto, o silenciamento destes genes chama atenção para as possibilidades de controle da proliferação celular, apoptose, ciclo celular e clonogenicidade em células BCR-ABL positivas. Foi realizada a avaliação da expressão desses genes em células de sangue periférico e medula óssea de pacientes com LMC e indivíduos controles, linhagens celulares de câncer humano e linhagens de murino. Os resultados mostraram um aumento significativo na expressão do gene SEPT5 em todos os tipos celulares analisados em pacientes com LMC. O mesmo padrão foi observado em células de murino que possuem a mutação T315I e em células humanas que possuem a translocação t(9;22) e estão relacionadas com a fase blástica da doença [K562, KU812, NALM]. Quando avaliada a expressão do gene TOB1 nota-se diminuição em todos os tipos celulares analisados em pacientes com LMC e em células BaF3T315I. Também foi observada uma baixa expressão em células com a t(9;22) e estão relacionadas com a fase blástica da doença[K562, KU812, NALM] quando comparadas a expressão em medula óssea controle. Outro resultado interessante foi obtido a partir da análise de adesão celular em granulócitos de pacientes com LMC e controles, evidenciando a diminuição da adesão em granulócitos de pacientes com LMC em relação aos de controles, levando a hipótese de que essa alteração nas propriedades adesivas dos granulócitos em pacientes com LMC pode estar diretamente ligada à liberação de células jovens pela matriz da medula óssea. A criação de estratégias que levam ao melhor entendimento da fisiopatologia da doença e avanço no tratamento da LMC deve ser focada em vários genes alvos e não apenas no BCR-ABL, pois no desenvolvimento da LMC há a ativação e desativação de várias vias de sinalização celular. Os resultados deste estudo podem ajudar na melhor compreensão dessas vias e também para identificar outros genes e vias úteis para a melhora no manejo terapêutico e criação de novas drogas para o tratamento dessa doença.The elucidation of the molecular mechanisms involved in the pathophysiology and treatment of blood disorders, as well as the understanding of genes expression profiling of leukemia cell lines has been the focus of numerous investigations. The use of the SSH (Suppression Subtractive Hybridization Library or Suppression Subtractive) technique made available the identification of important genes which are differentially expressed in granulocytes from patients with chronic myeloid leukemia (CML) and healthy controls. 39 genes overexpressed were found, and 173 with decreased expression in CML cells. When correlating these genes with metabolic pathways that are regulated positively (increased expression) or negatively (decreased expression) in this disease, it was found that most of the genes were related to the regulation of NF-kB, AKT, Interferon and IL-4 in control cells. The following genes were found overexpressed in CML: SEPT5, RUNX1, MIER1, KPNA6 and FLT3, while PAN3, TOB1 and ITCH were found with decreased expression in this disease compared with controls. The TOB1 gene showed promising since it is a tumor suppressor, may be involved in the proliferation of leukaemic cells and interacts with several others genes found in this study. Thus, due to the great heterogeneity of functions related to this gene, was investigated the relationship between mRNA expression and TKI's responses. The evaluation was performed by real time PCR in patients with CCgR, PCgR, MINCgR and NOCgR after treatment with TKI and healthy controls. Was observed that patients that have NOCgR, the TOB1 expression is significantly lower compared with healthy donors and patients who achieved CCgR. When comparing non-resistant and resistant patients the difference also was significant. These results suggest that reduced expression of TOB1 in NOCgR patients may indicate apoptosis deregulation and changes in important signaling pathways of CML including the Akt pathway, thereby leading to TKI's resistance of these patients. Another aim of this work was to characterize the function of TOB1 and SEPT5 in cellular processes and signaling pathways of apoptosis, proliferation, migration and cell cycle in leukemic cell lines. After the silencing of these genes (using lentiviral particles), was noted that the silencing TOB1 - as described in the literature for other diseases - interferes in cell proliferation, clonogenicity, apoptosis, cell cycle and in expression of important proteins at signaling cascade, which emphasizes its importance in BCR-ABL positive cells. The SEPT5 silencing leads to some changes such as apoptosis and cell cycle. In this context, the silencing of these genes leads to attention of possibilities of control of cell proliferation, apoptosis, cell cycle and cell clonogenicity in BCR-ABL positive cells. Was assessed the expression of these genes in cells from peripheral blood and bone marrow of CML patients and controls, as well in human and murine cell lines. Results showed a significant increase in SEPT5 gene expression in patients with CML in all cell types evaluated. The same profile was observed in murine cells BAF3T315I and in human cells having the translocation t (9; 22) been related to blast crisis [K562, KU812, NALM]. When measuring expression of TOB1, was noted decrease in all cell types studied in CML patients and cells BaF3T315I. Another interesting result was obtained from the analysis of cell adhesion at granulocytes in CML patients and controls which showed decreased adhesion of granulocytes in CML patients compared to controls, leading to the hypothesis that the change in adhesive properties at CML can be directly linked to the release of young cells by bone marrow. The creation of strategies that lead to better understanding of the pathophysiology of the disease and advance in the treatment of CML should be focused on several target genes and not only in BCR-ABL, since in the development of CML there is an activation and deactivation of multiple signaling pathways . The results of this study may help to better understand these pathways and also to identify other genes and pathways useful for improving the management and development of new therapeutic drugs to treat this disease