MOLECULAR SIGNATURES ASSOCIATED WITH NUCLEAR XIAP OVEREXPRESSION REVEALS CANDIDATE GENES RELATED TO ITS ONCOGENIC EFFECTS IN BREAST CANCER

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Details
  • Presentation type: DR - Doctoral Student
  • Track: 1. Bioinformatics
  • Keywords: Breast cancer; Nuclear XIAP; Molecular signature; Oncogenic features;
  • 1 Instituto Nacional de Câncer
  • 2 Laboratório de Células-Tronco, Unidade de Transplante de Medula Óssea, INCA, RJ, Brazil
  • 3 Laboratório de Hemato-Oncologia Celular e Molecular; Programa de Hemato-Oncologia Molecular, Instituto Nacional de Câncer (INCA), RJ, Brazil

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Abstract

INTRODUCTION AND OBJECTIVE: X-linked inhibitor of apoptosis protein (XIAP) is an antiapoptotic protein known to perform its canonical functions at the cytoplasmic compartment. However, our group has recently demonstrated that nuclear XIAP expression is associated with unfavorable clinical outcome in breast cancer patients as well as increased in vitro cell growth and doxorubicin resistance. Here, we aimed to investigate transcriptomic changes of potential pathways and cellular processes that could be associated with the oncogenic mechanisms of nuclear XIAP in breast cancer. MATERIAL AND METHOD: MCF-7 human breast cancer-derived cells were transfected with XIAP variants: pEBB (empty vector), XIAPwild type, XIAPH467A (lack of ubiquitin ligase activity), XIAPΔRING (RING deletion) and XIAPNLS C-term (Insertion of a Nuclear Localization Signal at the C-terminal end) using Lipofectamine 2000. Transcriptomic changes induced by XIAP variants were analyzed by RNA microarray considering a ≥ 2- fold change as criteria to define the differentially expressed genes (DEGs) between comparison groups. Pathway analysis and related processes were obtained through gene enrichment analysis using MetaCoreTM, the gene set enrichment analysis (GSEA) software and the gene ontology (GO) gene set dataset. The Venn diagram was produced using InteractiVenn. The STRING® database was used to construct a network of proteins encoded by DEGs. RESULTS AND CONCLUSION: Our microarray analyses showed a variable pattern of DEGs in XIAPNLS-C-term in relation to pEBB, XIAPwild type, XIAPH467A and XIAPΔRING-overexpressing cells. Interestingly, the overexpression of XIAPNLS-C-term induced a global repression in gene expression in comparison to XIAPwild type and XIAPΔRING (122 downregulated out of 192 DEGs and 267 downregulated out of 291 DEGs, respectively). Considering these observations, we explored the comparative lists of genes from XIAPwild type, XIAPΔRING and XIAPNLS C-term-overexpressing cells and the enrichment analysis revealed that the most representative DEGs are involved in the regulation of cellular processes such as response to stimulus, cell communication, localization, immune response, cell proliferation, transport, locomotion, cell migration, cell motility and protein phosphorylation. Interestingly, the analysis of common DEGs from XIAPNLS C-term vs. XIAPwild type and vs. XIAPΔRING revealed SRGAP1 and VGLL1 as the only upregulated genes, and further GRAMD1B, IGFBP6 and TFPI2 as downregulated genes. Furthermore, among the exclusive DEGs from XIAPNLS C-term vs. XIAPΔRING comparison list, we selected the OTUD1 downregulated, and MMP13 and RNF125 upregulated genes. Further analysis of microarray data, as well as the validation of DEGs by qRT-PCR and Western blotting are currently being performed and will enable a better understanding of nuclear XIAP-mediated mechanisms in breast cancer growth and chemoresistance.

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Bruna Mendonça

Olá, prof Andre Mencalha! 
Obrigada pelas perguntas. Enumerei as respostas abaixo para que fique mais fluida a nossa discussão sobre os dados:
1- De fato, a XIAP apresenta em sua estrutura o domínio RING, que apresenta características de dedo de zinco (fonte: https://www.uniprot.org/uniprot/P98170). Apesar das funções clássicas de ligação ao DNA que as proteínas dedo de zinco desempenham, a XIAP ainda não foi descrita com tal propriedade. Diante disso, a nossa hipótese é que a XIAP não funcione como um fator de transcrição no nosso modelo. Acreditamos que ela interaja, direta ou indiretamente, com complexos de transcrição que podem estar associados aos processos de proliferação e quimiorresistência. Como exemplo desse potencial mecanismo regulatório no compartimento nuclear, um grupo demonstrou em modelo de câncer colorretal que a XIAP nuclear monoubiquitina um repressor da via Wnt/b-catenina, induzindo a ativação da via (fontes: Hanson et al., 2012; Ng et al., 2018). Nós ainda não identificamos os nodos de interação, mas estamos buscando parceiros de interação tanto no citoplasma quanto no núcleo (por IP-MS) para melhor compreender essas sinalizações.

2- A maioria dos estudos que observaram uma certa retenção de XIAP no núcleo em modelos de indução de morte celular, discutem no contexto de afastamento das suas funções canônicas no citoplasma na inibição das caspases. Em modelos de isquemia cerebral e também de indução de morte celular por tratamento com quimioterápicos, o sequestro de XIAP para o núcleo poderia favorecer a sinalização de morte, uma vez que a XIAP não estaria mais inibindo a função das caspases no citoplasma. No caso do nosso modelo, não vimos nenhum efeito associado à sinalização de morte. Estamos observando o aumento do crescimento celular e diminuição da sensibilidade à doxorrubicina. Assim, acreditamos que a XIAP citoplasmática ainda esteja ativa na inibição de caspases.

3- Este trabalho é a continuidade de um trabalho de mestrado que se iniciou ainda em 2016. Na época, a escolha da linhagem foi inicialmente por melhor manipulação e tolerância para os protocolos de co-transfecções e multi-tratamentos. No entanto, no nosso estudo recentemente publicado, revisitamos as análises de IHC com amostras de pacientes com câncer de mama e observamos uma relação da expressão de XIAP nuclear com um pior prognóstico das pacientes com expressão negativa para receptores hormonais. Nós não descartamos a possibilidade de estudar também os efeitos da XIAP nuclear numa linhagem com expressão negativa para receptores hormonais (e estamos gerando o modelo com a superexpressão das variantes de XIAP na linhagem MDA-MB-231 também), mas nessa etapa final do doutorado estamos investigando os mecanismos da localização da XIAP apenas no modelo celular que observamos os efeitos.

4- Muito interessante essa pergunta. Revisitei os dados de microscopia confocal do nosso paper e, por imunofluorescência com a marcação de DAPI, não observamos alterações na estrutura nuclear. Também não observamos alterações na morfologia celular. 

5- Realmente seria interessante olhar o conteúdo de mRNA total das amostras dos grupos de comparação. A única técnica que me vem a mente agora seria Northern blotting, que não sei se é tão trivial.

Diante dessa discussão, eu faço um adendo sobre as observações dos dados e hipóteses levantadas: a redução global que encontramos foi entre as comparações de NLS vs. WT e NLS vs. RING. Assim, levantamos duas formas de olhar os dados - Localização subcelular e efeito celular associado ao domínio RING, onde nos grupos das comparações temos XIAP WT que tem localização apenas citoplasmática e XIAP delta-RING, que também está no núcleo, mas não vemos efeitos no nosso modelo. Considerando que a XIAP tem a função E3 ligase e já foi demonstrada em sinalizar diversos alvos para degradação proteassomal tanto no citoplasma quanto no núcleo (o repressor transcricional Groucho), acreditamos que a redução global seja por modulação da sinalização transcricional nuclear favorecendo apenas as vias de sobrevivência celular, proliferação e outras relacionadas à resistência. De fato, quando olhamos para os dados isolados, os genes cuja expressão foi reduzida nas células superexpressando XIAPNLS estão classificados no Gene Ontology principalmente como genes relacionados à resposta a estímulos externos, resposta imune e regulação da apoptose (como genes da família do TNF, citocinas IL6 e CXCL10 e Casp9).

Author

Bruna Mendonça

*Casp9, não como citocina, mas como uma proteína que participa da sinalização da apoptose.*

 

Andre Luiz Mencalha

Grato pelas respostas e mais uma vez parabéns. Sucesso !

Author

Bruna Mendonça

Obrigada, Professor!

Author

Bruna Mendonça

Olá, Dr Dario Kalume! 
Obrigada pelas perguntas.
1- Considerando um ponto de corte de >=2, não encontramos mudanças na expressão de CdC42. No entanto, em ambas as listas NLS vs WT e NLS vs. RING encontramos algumas  GTPases com expressão aumentada, como a SRGAP1, cuja função também vem sendo relacionada à oncogênese. 
2- Não realizei os ensaios com outras linhagens de mama, mas temos interesse em estudar também os efeitos da XIAP nuclear na linhagem MDA-MB-231, que representa o modelo triplo negativo para correlacionar com os nossos dados das análises com amostras de pacientes.
3- Ótima pergunta.  Considerando que estes processos envolvem múltiplas vias que culminam na plasticidade tumoral, acredito que somente a superexpressão de metaloproteinases não seria o suficiente para a mudança do fenótipo das células MCF-7. Poderíamos considerar a atividade das MMPs sobre os substratos da matriz e ensaios funcionais que respondessem tal efeito. Em todo modo, não descartamos estudar no nosso modelo a relação de TFPI2 e MMP13 no contexto dos efeitos da XIAP nuclear.
4- Sim, seria ótimo. Os ensaios de qRT-PCR e Western blotting seriam somente para validar a expressão para seguir com os ensaios de ganho e perda de função. Vale ressaltar que temos uma frente do projeto sendo realizada através do IP-MS. Neste caso, não seria uma proteomica quantitativa sobre a expressão desses alvos escolhidos, mas uma forma de demonstrar algum tipo de interação direta (se houver).

Agradeço mais uma vez pelas suas colocações.

Dario Kalume

Oi Bruna, muito obrigado pelas respostas. Estou satisfeito. Parabens pelo otimo estudo