Estratégias de regulação de genes subjacentes a atrofia do músculo esquelético na cachexia associada ao câncer - Fernandez Garcia, Geysson Javier (2018)
A caquexia associada ao câncer é uma síndrome caracterizada pela grave perda de tecido musculo esquelético; que se estima que afeta mais de 50% de todos os pacientes com câncer e resulta em menor qualidade de vida devido a fadiga, fraqueza, redução da função imune, resistência à insulina e baixa tolerância e resposta à quimioterapia. Notavelmente, 20% das mortes relacionadas ao câncer são diretamente causadas pela caquexia. A principal limitação de que atualmente não há terapia direcionada, é o uso de abordagens tradicionais que não tratam a complexidade em sistemas biológicos, caracterizada por interações não-lineares de redes de regulação genética (GRN, do inglês Gene Regulatory Networks). Por esse motivo, ainda é necessária uma identificação dos componentes da GRN e uma compreensão quantitativa de sua integração temporal no controle das respostas celulares. Adquirir tal conhecimento é fundamental para capturar detalhes mecanicistas essenciais para direcionar estratégias terapêuticas para uma doença complexa, como a caquexia do câncer. Neste trabalho, examinamos a expressão genética do músculo esquelético em dois abordagens metodológicos diferentes: usando dados de expressão de genes estáticos e dinâmicos. Estruturamos nosso trabalho da seguinte maneira: o Capítulo 1 apresenta uma caracterização quantitativa das vias de sinalização e uma reconstrução de GRN no tecido musculo esquelético em ratos portadores de carcinoma de pulmão de Lewis (LLC, do inglês Lewis lung carcinoma) através da integração de perfis de expressão de mRNAs e miRNAs em um tempo. Os resultados mostram que os camundongos LLC reduziram o peso corporal em 20% e apresentaram perda de tecido muscular e adiposo após 23 dias de indução tumoral. Além disso, encontramos 1008 mRNAs expressos diferencialmente (487 induzidos e 521 reprimidos) e 18 miRNAs desregulados (13 induzidos e 5 reprimidos). Nossos dados sugerem a ativação do fator transcricional NF-κB e Stat3, que foram descritos na ativação de programas genéticos atróficos no musculo esquelético. Além disso, identificamos a potencial regulação pós-transcricional por miRNAs de três processos biológicos importantes: organização da matriz extracelular, migração celular e ligação do fator de transcrição. Em geral, nossos resultados identificam um conjunto de caminhos de sinalização que podem contribuir na perda de tecido musculo esquelético na caquexia associada ao câncer, entre eles genes da matriz extracelular com potencial mecanismo regulatório mediado por miRNAs. O Capítulo 2 fornece uma dissecção da via de sinalização de NF-κB em células musculares atrofiadas. Neste capitulo, examinamos quantitativamente os efeitos dinâmicos na expressão genética pela ativação de NF-κB após exposição ao fator de necrose tumoral alfa (TNF-α) nas células do músculo esquelético (C2C12). Caracterizamos as estratégias reguladoras de indução e repressão de genes, medindo as taxas de transcrição e degradação para cada mRNA e conectando esses processos através de modelagem matemática. Nossos dados apontam para um papel dominante da transcrição na regulação dos programas de indução e repressão de genes em resposta ao TNF; e revela uma diminuição da taxa de degradação de mRNA como estratégia para genes de resposta tardia para aumentar suas concentrações intracelulares. Além disso, nossa análise mostra a degradação constitutiva como uma característica intrínseca dos genes que determina a ordem temporal dos perfis de expressão gênica. Usando uma forma não degradável do inibidor kappa B alfa e um knockout de RelA, descobrimos que o fator NF-κB é responsável por indução de genes e repressão de genes durante a atrofia de células musculares induzida por TNF. Nossos dados destacam a importância da dinâmica de sinalização na mediação dos efeitos do TNF nas células do músculo esquelético e revela uma interação crítica entre o controle de síntese e degradação, que regula os programas dinâmicos de expressão gênica.