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Publicação
Discovering New Molecules for Diagnosis and Non-Toxic Differentiation Therapy in Colorectal Cancer
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Orientador(es)
Resumo(s)
Colorectal cancer (CRC) is the third most prevalent type of cancer worldwide. Therefore, better diagnostic tools and anticancer therapies have been some of the most sought out topics in CRC research. MicroRNAs (miRNAs), a type of short non-coding single strand RNA molecules capable of repressing mRNA translation, are rising as potential and powerful diagnostic and prognostic biomarkers in cancer. In CRC, differences in the expression pattern of certain miRNAs in tissue have been already described, suggesting that miRNAs could represent an effective diagnostic option for this particular disease. On the other hand, cancer stem cells (CSCs), a subpopulation of cells within tumors with phenotypic resemblance to normal stem cells, have been implicated in tumorigenesis, metastization and recurrence processes. Indeed, these undifferentiated cells are not entirely eliminated with the classical anti-proliferative approaches, being responsible for tumorigenic potential and rapid relapse. Thus, efficient therapies targeting this specific type of cancer cells are being developed, with special emphasis on combinatorial drug therapies, to sensitize cells to conventional anticancer treatments and therefore reduce the toxicity associated with high doses of chemotherapeutic treatments.
Two major objectives were pursued in this project: 1) to optimize methodologies to assess the diagnostic and prognostic potential of a panel of miRNAs in patients with CRC, prior to and after being submitted to chemoradiotherapy; and 2) to evaluate the effectiveness of two chemical compounds, from an in-house library, as potential non-toxic differentiation drivers in CRC cells and characterize their specific signaling pathways.
The qPCR analysis of human colonic samples revealed differential expression profiles for several miRNAs derived from normal and tumor tissues, as well as before and after chemoradiotherapy. Nevertheless, these data are still preliminary and further studies are necessary to validate the prognostic and diagnostic value of these miRNAs. In addition, we identified the biological effects of two potential candidate molecules, a spiropyrazoline oxindole (DS6) and a 3-piperidinyl-indole (SAS9), capable of promoting differentiation in human colorectal carcinoma cells. Although both compounds had impact on CRC cells, DS6 was particularly successful, being capable of reducing the levels of stemness and pluripotency markers, increasing differentiation, inhibiting self-renewal and exhibiting a slight synergistic effect in sensitizing cells to a classical chemotherapeutic, 5-fluorouracil.
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Interestingly, by using isogenic p53+/+ and p53-/- HCT116 cell lines, we were able to observe a tendency for DS6 to develop its differentiation effect only in p53+/+ cells, suggesting a p53-dependent mechanism of action for this molecule. Further studies are still required to validate the DS6 mechanism of action, as well as consolidate the data on its therapeutic potential for differentiation in CRC.
Altogether, our results shed light on two aspects of CRC research, related with diagnosis and treatment- We open the way to optimize the discovery of novel miRNAs as biomarkers for diagnosis and prognosis and contribute to uncover new regulators of differentiation in CRC.
O cancro colorretal (CRC) é o terceiro tipo de cancro mais prevalente a nível mundial. Assim, o desenvolvimento de ferramentas de diagnóstico e terapias anticancerígenas mais eficazes têm sido alguns dos tópicos mais relevantes na área de investigação do CRC. Os microRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA não-codificante de cadeia simples que inibem a tradução de RNA mensageiro e que, recentemente, têm sido vistos como potenciais biomarcadores de diagnóstico e prognóstico de várias doenças, como o cancro. De facto, alguns estudos em CRC já identificaram diferenças nos padrões de expressão de vários miRNAs, sugerindo que estes possam ser uma opção de diagnóstico menos invasiva e com melhor custo-benefício nesta doença. Por outro lado, células estaminais cancerígenas (CSCs), uma subpopulação de células tumorais fenotipicamente semelhantes às células estaminais, têm sido implicadas na tumorigénese, metastização e recidivas. De facto, estas células indiferenciadas não são completamente eliminadas pelas abordagens anti-proliferativas clássicas, sendo responsáveis pelo potencial tumorigénico e rápida reincidência. Deste modo, mais recentemente, têm-se desenvolvido terapias tendo como alvo específico esta população de CSCs, com especial ênfase para a terapia combinada de fármacos que sensibilizam as células para os tratamentos anticancerígenos convencionais e reduzem, assim, a toxicidade associada a altas doses de quimioterapêuticos. Este projeto teve como objetivos: 1) otimizar metodologias que permitam investigar o potencial de um painel de miRNAs como marcadores de diagnóstico e de prognóstico em doentes com CRC, antes e após serem submetidos a quimioradioterapia; e 2) avaliar a eficácia de dois compostos químicos, provenientes de uma biblioteca interna de compostos, como potenciais indutores de diferenciação celular em células de CRC e caraterizar vias de sinalização. A análise por qPCR de amostras de cólon de doentes com CRC revelou perfis de expressão distintos em vários miRNAs derivados de tecido normal e tumoral, bem como, antes e depois da quimioradioterapia. Contudo, os nossos resultados são ainda preliminares, sendo necessário mais estudos com um número mais elevado de amostras para validar o valor de marcadores de prognóstico e diagnóstico destes miRNAs. Adicionalmente, identificámos os efeitos biológicos de duas moléculas promissoras, um spiropirazolina oxindole (DS6) e um piperidinil-indole (SAS9), capazes de promover diferenciação numa linha celular de Page | V CRC. Apesar de ambos os compostos químicos revelarem algum efeito nas células de CRC, o DS6 demonstrou ser particularmente mais eficaz, tendo reduzido os níveis de marcadores de estaminalidade e pluripotência, aumentando os níveis de diferenciação, inibindo a autorrenovação e demonstrando um ligeiro efeito sinergístico na indução de morte celular, quando combinado com o quimioterapêutico clássico, 5-fluorouracilo. Curiosamente, com a utilização de duas linhas celulares de cancro HCT116 isogénicas p53+/+ e p53-/-, foi-nos possível observar uma tendência no efeito pro-diferenciador do DS6 em células p53+/+, sugerindo que o seu mecanismo de ação poderá ser dependente de p53. Estudos posteriores serão necessários para validade as caraterísticas do DS6, o seu mecanismo de ação, bem como o seu potencial terapêutico de diferenciação. Em suma, estes resultados clarificam dois aspetos da investigação em CRC, relacionados com diagnóstico e tratamento. Por um lado, abrem caminho para a otimização de procedimentos de descoberta de potenciais miRNA biomarcadores de diagnóstico e o prognóstico desta doença e, por outro, contribuem para o progresso das terapias de diferenciação no CRC.
O cancro colorretal (CRC) é o terceiro tipo de cancro mais prevalente a nível mundial. Assim, o desenvolvimento de ferramentas de diagnóstico e terapias anticancerígenas mais eficazes têm sido alguns dos tópicos mais relevantes na área de investigação do CRC. Os microRNAs (miRNAs) são pequenas moléculas de RNA não-codificante de cadeia simples que inibem a tradução de RNA mensageiro e que, recentemente, têm sido vistos como potenciais biomarcadores de diagnóstico e prognóstico de várias doenças, como o cancro. De facto, alguns estudos em CRC já identificaram diferenças nos padrões de expressão de vários miRNAs, sugerindo que estes possam ser uma opção de diagnóstico menos invasiva e com melhor custo-benefício nesta doença. Por outro lado, células estaminais cancerígenas (CSCs), uma subpopulação de células tumorais fenotipicamente semelhantes às células estaminais, têm sido implicadas na tumorigénese, metastização e recidivas. De facto, estas células indiferenciadas não são completamente eliminadas pelas abordagens anti-proliferativas clássicas, sendo responsáveis pelo potencial tumorigénico e rápida reincidência. Deste modo, mais recentemente, têm-se desenvolvido terapias tendo como alvo específico esta população de CSCs, com especial ênfase para a terapia combinada de fármacos que sensibilizam as células para os tratamentos anticancerígenos convencionais e reduzem, assim, a toxicidade associada a altas doses de quimioterapêuticos. Este projeto teve como objetivos: 1) otimizar metodologias que permitam investigar o potencial de um painel de miRNAs como marcadores de diagnóstico e de prognóstico em doentes com CRC, antes e após serem submetidos a quimioradioterapia; e 2) avaliar a eficácia de dois compostos químicos, provenientes de uma biblioteca interna de compostos, como potenciais indutores de diferenciação celular em células de CRC e caraterizar vias de sinalização. A análise por qPCR de amostras de cólon de doentes com CRC revelou perfis de expressão distintos em vários miRNAs derivados de tecido normal e tumoral, bem como, antes e depois da quimioradioterapia. Contudo, os nossos resultados são ainda preliminares, sendo necessário mais estudos com um número mais elevado de amostras para validar o valor de marcadores de prognóstico e diagnóstico destes miRNAs. Adicionalmente, identificámos os efeitos biológicos de duas moléculas promissoras, um spiropirazolina oxindole (DS6) e um piperidinil-indole (SAS9), capazes de promover diferenciação numa linha celular de Page | V CRC. Apesar de ambos os compostos químicos revelarem algum efeito nas células de CRC, o DS6 demonstrou ser particularmente mais eficaz, tendo reduzido os níveis de marcadores de estaminalidade e pluripotência, aumentando os níveis de diferenciação, inibindo a autorrenovação e demonstrando um ligeiro efeito sinergístico na indução de morte celular, quando combinado com o quimioterapêutico clássico, 5-fluorouracilo. Curiosamente, com a utilização de duas linhas celulares de cancro HCT116 isogénicas p53+/+ e p53-/-, foi-nos possível observar uma tendência no efeito pro-diferenciador do DS6 em células p53+/+, sugerindo que o seu mecanismo de ação poderá ser dependente de p53. Estudos posteriores serão necessários para validade as caraterísticas do DS6, o seu mecanismo de ação, bem como o seu potencial terapêutico de diferenciação. Em suma, estes resultados clarificam dois aspetos da investigação em CRC, relacionados com diagnóstico e tratamento. Por um lado, abrem caminho para a otimização de procedimentos de descoberta de potenciais miRNA biomarcadores de diagnóstico e o prognóstico desta doença e, por outro, contribuem para o progresso das terapias de diferenciação no CRC.
Descrição
Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2018
Palavras-chave
Biomarkers Cancer stem cells Colorectal cancer Differentiation therapy microRNAs Teses de mestrado - 2018