Epigenetic of colorectal cancer: a focus on microRNAs

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Fonseca, André Filipe Afonso de Sousa
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/12546
Resumo: Colorectal cancer (CRC) is one of the most commonly diagnosed cancers and a frequent cause of cancer related deaths worldwide. Despite recent advances, CRC characterization still exhibits a lot to unveil, especially regarding the epigenetic contribution of miRNAs on disease initiation and progression. MicroRNAs (miRNAs) are a class of small (21-23 nucleotides) endogenous non-coding RNAs that regulate gene expression at a post-transcriptional level. MiRNAs are known to regulate about 2/3 of our genes and since their discovery they have been implicated in almost every physiological process. Thus, it is not a surprise to find alterations of miRNA expression linked to several pathological conditions, including CRC. However, the role of miRNAs in CRC carcinogenesis is far from being completely understood. A clearer comprehension of these players in CRC would contribute to better understand this pathology and unveil new biomarkers for CRC detection and/or clinical management. Here we propose to study the patterns of miRNAs behaviour throughout disease progression. Our main goal was to identify stage specific miRNAs alterations that could act as novel biomarkers. For that, we aimed to investigate (i) miRNAs expression and methylation patterns across CRC development; (ii) the targets of the differentially expressed miRNAs in order to better understand their role in CRC progression; (iii) stage specific alterations that could characterize patients within each stage of disease and provide a more accurate patient subclassification, and (iv) miRNA expression and methylation as prognostic value for CRC patients. We found that the major miRNA deregulation events occur during Normal to Stage I transition, and are generally maintained throughout disease progression. Importantly, we show that alterations in both miRNAs expression and methylation were able to distinguish normal from malignant tissue and to predict patient’s outcome, which evidences their potential as CRC diagnostic and prognostic biomarkers.
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spelling Epigenetic of colorectal cancer: a focus on microRNAsCancro colorectalAlterções epigenéticasMetilação do DNAMicroRNAsBiomarcadoresDiagnósticoPrognósticoDomínio/Área Científica::Ciências Médicas::Ciências da SaúdeColorectal cancer (CRC) is one of the most commonly diagnosed cancers and a frequent cause of cancer related deaths worldwide. Despite recent advances, CRC characterization still exhibits a lot to unveil, especially regarding the epigenetic contribution of miRNAs on disease initiation and progression. MicroRNAs (miRNAs) are a class of small (21-23 nucleotides) endogenous non-coding RNAs that regulate gene expression at a post-transcriptional level. MiRNAs are known to regulate about 2/3 of our genes and since their discovery they have been implicated in almost every physiological process. Thus, it is not a surprise to find alterations of miRNA expression linked to several pathological conditions, including CRC. However, the role of miRNAs in CRC carcinogenesis is far from being completely understood. A clearer comprehension of these players in CRC would contribute to better understand this pathology and unveil new biomarkers for CRC detection and/or clinical management. Here we propose to study the patterns of miRNAs behaviour throughout disease progression. Our main goal was to identify stage specific miRNAs alterations that could act as novel biomarkers. For that, we aimed to investigate (i) miRNAs expression and methylation patterns across CRC development; (ii) the targets of the differentially expressed miRNAs in order to better understand their role in CRC progression; (iii) stage specific alterations that could characterize patients within each stage of disease and provide a more accurate patient subclassification, and (iv) miRNA expression and methylation as prognostic value for CRC patients. We found that the major miRNA deregulation events occur during Normal to Stage I transition, and are generally maintained throughout disease progression. Importantly, we show that alterations in both miRNAs expression and methylation were able to distinguish normal from malignant tissue and to predict patient’s outcome, which evidences their potential as CRC diagnostic and prognostic biomarkers.O cancro pode ser definido como um conjunto de doenças extremamente complexas cuja heterogeneidade dificulta o seu combate. Caracterizado por uma proliferação celular descontrolada, subjacente a uma invasão de tecidos adjacentes ou órgãos distantes (metastização), o cancro é hoje em dia um problema mundial de saúde. Dos diversos tipos de cancros identificados atualmente, o cancro colorretal (CCR) é um dos cancros mais proeminentes a nível mundial, afectando cerca de 1.23 milhões de indivíduos e contabilizando a morte de 600 mil pessoas anualmente em todo o mundo. Apesar da extensa investigação realizada no âmbito do combate a esta patologia, o CCR é o terceiro cancro mais frequente e a quarta principal causa de morte por cancro a nível mundial. Uma das principais dificuldades registadas no combate a esta doença deve-se ao facto dos métodos de rastreio atualmente empregues na prática clínica revelarem-se pouco sensíveis/específicos ou altamente invasivos. Assim sendo, torna-se evidente a necessidade de uma ferramenta de rastreio que não seja invasiva mas que permita simultaneamente identificar a doença num estadio inicial com elevada especificidade/sensibilidade. Adicionalmente, após o diagnóstico é fundamental determinar como o paciente irá progredir e ultimamente definir o seu prognóstico. Com o intuito de contornar estes obstáculos, têm aumentado os estudos que focam a descoberta de biomarcadores que permitam identificar precocemente esta doença e/ou “prever” o prognóstico dos pacientes. pacientes. Biomarcadores são componentes celulares ou alterações moleculares que refletem modificações a nível celular/tecidual sugestivas de um estado patológico. Ao longo dos últimos anos, diversos biomarcadores de CCR têm sido descortinados com o intuito de identificar e tratar esta doença. Os biomarcadores atualmente em uso têm a vantagem de poderem ser identificados na corrente sanguínea ou nas fezes, consistindo por isso num processo não invasivo (ou menos invasivo) e ultrapassando assim um dos principais obstáculos das técnicas standard utilizadas hoje em dia. Alguns biomarcadores atualmente utilizados na prática clínica são o Carcinoembryonic antigen (CEA), Carbohydrate antigen 19-9 (CA19-9), Tissue polypeptide specific antigen (TPS), Tumor-associated glycoprotein 72 (TAG72) e o Tissue inhibitor of metalloproteinases-1 (TIMp-1)). Contudo, a maioria dos biomarcadores utilizados atualmente não são exclusivos para o CCR e pecam também pela sua baixa sensibilidade e/ou especificidade. Assim, é urgente novos estudos que visem a descoberta e identificação de biomarcadores mais precisos e capazes de dar resposta às necessidades clínicas atuais. Nesse sentido, mais recentemente verificou-se um aumento do número de estudos que pretendem identificar marcadores moleculares alternativos, como biomarcadores epigenéticos. Alterações epigenéticas são modificações que regulam a expressão genética sem alterar a sequência do DNA. Três grandes eventos epigenéticos são conhecidos atualmente: modificação de histonas, metilação do DNA e regulação por RNAs não codificantes, entre os quais se encontram os microRNAs (miRNAs), piwi-interacting RNAs (piRNAs), entre outros. Contudo, no CCR, as alterações epigenéticas mais extensivamente descritas englobam a metilação do DNA e os RNAs não codificantes, mais propriamente os miRNAs. A metilação do DNA consiste na adição de um grupo metilo (CH3) no carbono 5 de um nucleótido de citosina, que consequentemente tem impacto na regulação génica. Relativamente aos miRNAs, estes são pequenos RNAs não codificantes que regulam a expressão genética ao nível pós-transcricional por ligação ao 3’UTR dos seus genes alvo. Ao longo dos últimos anos o número de miRNAs identificados que se encontram alterados no CCR tem crescido de forma exponencial, sugerindo um forte envolvimento dos mesmos nesta patologia. Para além disso, os miRNAs são extremamente estáveis quando excretados pelas células que os expressam, permitindo a sua deteção de forma menos invasiva, nomeadamente, em fluídos biológicos como sangue ou soro, ou até mesmo em fezes. Esta característica torna assim os miRNAs biomarcadores ideais para a identificação desta doença. Complementarmente, alterações na expressão dos miRNAs têm sido demonstradas estar não só envolvidas na génese mas também na progressão do CCR. MiRNAs encontrados desregulados em CCR compreendem os miRNAs: miR-21and miR-29b, miR-20a, miR-92a, miR-203, miR-145, miR-17-3p, entre outros. Desta forma, a caracterização e a compreensão dos padrões de expressão dos miRNAs e mecanismos subjacentes ao desenvolvimento do CCR parece essencial para entender o papel dos mesmo no contexto patológico. Seguindo esta linha de pensamento, neste trabalho propomo-nos então a caracterizar os padrões de expressão e de metilação dos miRNAs na iniciação e progressão do CCR. O nosso principal objetivo é desvendar se estas alterações poderiam servir como uma ferramenta não só de diagnóstico mas também de prognóstico de pacientes com CCR. Para além disso, procurámos caracterizar os genes/vias de sinalização regulados pelos miRNAs encontrados diferencialmente expressos a fim de perceber o seu modo de ação no contexto do CCR. Os nossos resultados demonstram que tanto alterações na expressão como na metilação dos miRNAs ocorrem numa fase muito precoce do desenvolvimento do CCR, nomeadamente durante a transição de tecido normal para o estadio I. Para além disso, ambos os valores de expressão e de metilação são mantidos constantes ao longo da progressão da doença. Adicionalmente, os nossos resultados evidenciam explicitamente que miRNAs encontrados diferencialmente expressos ao longo da progressão de CRC se encontram maioritariamente sub-expressos. No entanto, as nossas análises sugerem que tanto os miRNAs sub-expressos como os sobre expressos interagem com genes frequentemente alterados durante a progressão de CRC tais como p53, APC, WNT3A e KRAS. Estas interações podem então sugerir um possível envolvimento destes miRNAs no controlo da expressão destes genes durante o processo de carcinogénese. Adicionalmente, verificámos que a vasta maioria das vias de sinalização reguladas tanto pelos miRNAs sobre expressos como pelos miRNAs sub-expressos são equivalentes. Relativamente ao potencial clinico, os nossos resultados demonstram que tanto alterações na expressão como na metilação dos miRNAs têm bons valores de diagnóstico num estadio precoce da doença (estadio I). De facto, certas CpGs e diversos miRNAs conseguiram distinguir pacientes normais de tumorais em estadio I com sensibilidades e especificidades de 100 %. Por fim as nossas análises demonstram que quer as alterações de expressão quer as alterações de metilação de miRNAs são possíveis biomarcadores de prognóstico. De facto alguns dos painéis desenvolvidos neste trabalho conseguiram distinguir de forma bastante inequívoca pacientes com melhor prognostico daqueles com pior pronósticos tanto a nível de sobrevivência como de recorrência de doença. Embora sejam necessários mais estudos, este trabalho evidencia claramente que os padrões de expressão e metilação dos miRNAs no CCR podem constituir importantes ferramentas no âmbito da clinica num futuro próximo.Castelo-Branco, PedroRoberto, Vânia PalmaSapientiaFonseca, André Filipe Afonso de Sousa2019-05-22T10:10:11Z2018-12-1420182018-12-14T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/12546TID:202244865enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:24:31Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/12546Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:03:52.992724Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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