MicroRNAs in Breast Cancer Progression and DNA Damage Response

par Luiza Stankevicins

Thèse de doctorat en Cancérologie : Biologie, Médecine, Santé

Sous la direction de Yegor Vassetzky et de Claudia Vitória De Moura Gallo.

  • Titre traduit

    Les microARN dans la progression du cancer du sein et dans la réponse aux dommages subits par l´ADN


  • Résumé

    Le cancer du sein est marqué par une grande hétérogénéité. C´est une maladie complexe, fortement influencée par l´environnement pourtant, elle dépend aussi d´une accumulation de mutations génétiques associées à la dérégulation épigénétique des voies clés. Les altérations présentes dans le profil d´expression génique observées dans la tumeur, peuvent être le résultat de mécanismes de régulation des gènes à différent niveaux, comme des modifications post-transcriptionnelles menées par le mécanisme d´ARN d´interférence sous forme de microARN (miARN). Ce mécanisme peut conduire au début et développement du cancer aussi bien qu’à la résistance aux thérapies. Les miARN font partie d’une classe d´ARN non-codants qui ont émergé ces dernières années comme l'un des principaux régulateurs de l'expression des gènes par sa capacité à réguler négativement l'activité des ARN messagers (ARNm). L´importance de cette régulation a été observée par la présence de ce type de contrôle dans plusieurs processus biologiques, parmi eux, des voies liées à la prolifération, différentiation et apoptose. Afin de mieux comprendre les mécanismes d’initiation et progression tumorale dans le cancer du sein, nous avons fait une analyse globale de l´expression des miARN, par la technique de microarray, dans la série de lignées cellulaires 21T. Cette série est un modèle in vitro de la progression tumorale, comprenant la lignée 16N, obtenue à partir de l’épithélium normal infecté par des virus HPV-16, les lignées 21PT et 21NT, qui correspondent au carcinome in situ et les lignées 21MT1 et 21MT2 obtenues à partir d´une effusion pleurale métastatique à l’endroit de la métastase. Etant donné que les miARN jouent un rôle dans la régulation de l´apoptose et d´autres mécanismes de réponse aux dommages fait à l´ADN et que l´irradiation dans des formes différentes est couramment utilisée comme outil diagnostique, par exemple dans des mammographies, nous avons évalué l´expression de miARN après avoir soumis les cellules à des irradiations de haute et basse énergie, et au traitement avec de la doxorubicine. Les tests ont été faits sur les lignées non tumorales (MCF-10A et HB-2) et sur les lignées tumorales (MCF-7 et T-47D). On a pu observer que le rayon X de basse énergie est capable de causer des cassures double brin à l´ADN et de conduire les cellules à l´apoptose. Une légère altération dans les profils d´expression des miARN impliqués dans cette voie, comme let-7a, miR-34a et miR-29b, a aussi été remarquée. En ce qui concerne la réponse aux dommages fait à l´ADN, une upregulation dans l´expression de miR-29b, qui sous des conditions physiologiques normales est régulée négativement, a été observée après les traitements. Le microARNome de la série 21 montre une importante sous-expression de miR-205, un enrichissement du facteur pro-métastatique ZEB-1 et une réduction conséquente dans les niveaux d’e-cadherine, observée par western blot, seulement dans les lignées métastatiques (21MT). L´ensemble des résultats, suggèrent que miR-29b peut être un bio-marqueur potentiel du stress génotoxique et que miR-205 peut participer du processus de transition épithélium-mésenchyme et, en outre, quand il est sous-exprimé, peut augmenter le potentiel métastatique des cellules de la série 21T.


  • Résumé

    Breast tumors are characterized by their high heterogeneity. Breast cancer is a complex disease, which has its development strongly influenced by environmental factors, combined with a progressive accumulation of genetic mutations and epigenetic dysregulation of critical pathways. Changes in gene expression patterns may be a result of a deregulation in epigenetic events as well as in post-transcriptional regulation driven by RNA interference endogenously represented by microRNA (miRNA). These mechanisms are capable to promote the initiation, maintenance and progression of carcinogenesis and are also implicated on the development of therapy resistance. miRNAs form a class of non-coding RNAs, which have emerged in recent years as one of the major regulators of gene expression through its capacity to silence messenger RNAs (mRNAs) containing a partially complementary sequence. The importance of regulation mediated by miRNAs was observed on their ability to regulate a wide range of biological processes, including cell proliferation, differentiation and apoptosis.To gain insights into the mechanisms involved in breast cancer initiation and progression we conducted a miRNA global expression on 21T series that are an in vitro model of breast cancer progression, comprising cell lines derived from the same patient, which include a normal epithelia (16N), primary in situ ductal carcinoma (21PT and 21NT) and cells derived from pleural effusion of lung metastasis (21MT-1 and 21MT-2). Considering the importance of miRNAs in the regulation of apoptosis, and that irradiation in different spectra is commonly used in diagnostic procedures, as mammography and on radiotherapy, we evaluated the miRNA expression after cell low and high energy irradiation and doxorubicin treatment to determine whether miRNAs are useful biomarkers to detect cell response after DNA damage. The experiments were done on the non-tumoral cell lines MCF-10A and HB-2 and on the breast carcinoma derived cell lines MCF-7 and T-47D. We observed that low energy X-rays is able to promote DNA strand breaks and apoptosis and to slightly change the expression of miRNAs involved on this pathway, such as let-7a, miR-34a and miR-29b. Regarding DNA stress response pathways, an upregulation on miR-29b expression, that in normal conditions is downregulated in tumor cell lines could be observed after all treatments. The microRNAome of 21T series revealed a significant downregulation of miR-205, an enrichment of the pro-metastatic factor ZEB-1, potential target for miR-205 and the consequent reduction of e-cadherin levels in 21MT cells checked by western blot. Our results indicate that miR-29b is a possible biomarker of genotoxic stress and that miR-205 can participate on the metastatic potential of 21T cells.


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