A Systems Biology Approach to Characterize the Regulatory Networks Leading to Trabectedin Resistance in an In Vitro Model of Myxoid Liposarcoma

Trabectedin, a new antitumor compound originally derived from a marine tunicate, is clinically effective in soft tissue sarcoma. The drug has shown a high selectivity for myxoid liposarcoma, characterized by the translocation t(12;16)(q13; p11) leading to the expression of FUS-CHOP fusion gene. Trabectedin appears to act interfering with mechanisms of transcription regulation. In particular, the transactivating activity of FUS-CHOP was found to be impaired by trabectedin treatment. Even after prolonged response resistance occurs and thus it is important to elucidate the mechanisms of resistance to trabectedin. To this end we developed and characterized a myxoid liposarcoma cell line resistant to trabectedin (402-91/ET), obtained by exposing the parental 402-91 cell line to stepwise increases in drug concentration. The aim of this study was to compare mRNAs, miRNAs and proteins profiles of 402-91 and 402-91/ET cells through a systems biology approach. We identified 3,083 genes, 47 miRNAs and 336 proteins differentially expressed between 402-91 and 402-91/ET cell lines. Interestingly three miRNAs among those differentially expressed, miR-130a, miR-21 and miR-7, harbored CHOP binding sites in their promoter region. We used computational approaches to integrate the three regulatory layers and to generate a molecular map describing the altered circuits in sensitive and resistant cell lines. By combining transcriptomic and proteomic data, we reconstructed two different networks, i.e. apoptosis and cell cycle regulation, that could play a key role in modulating trabectedin resistance. This approach highlights the central role of genes such as CCDN1, RB1, E2F4, TNF, CDKN1C and ABL1 in both pre- and post-transcriptional regulatory network. The validation of these results in in vivo models might be clinically relevant to stratify myxoid liposarcoma patients with different sensitivity to trabectedin treatment

Comparative Analyses of SUV420H1 Isoforms and SUV420H2 Reveal Differences in Their Cellular Localization and Effects on Myogenic Differentiation

Methylation of histone H4 on lysine 20 plays critical roles in chromatin structure and function via mono- (H4K20me1), di- (H4K20me2), and trimethyl (H4K20me3) derivatives. In previous analyses of histone methylation dynamics in mid-gestation mouse embryos, we documented marked changes in H4K20 methylation during cell differentiation. These changes were particularly robust during myogenesis, both in vivo and in cell culture, where we observed a transition from H4K20me1 to H4K20me3. To assess the significance of this change, we used a gain-of-function strategy involving the lysine methyltransferases SUV420H1 and SUV420H2, which catalyze H4K20me2 and H4K20me3. At the same time, we characterized a second isoform of SUV420H1 (designated SUV420H1_i2) and compared the activity of all three SUV420H proteins with regard to localization and H4K20 methylation.Immunofluorescence revealed that exogenous SUV420H1_i2 was distributed throughout the cell, while a substantial portion of SUV420H1_i1 and SUV420H2 displayed the expected association with constitutive heterochromatin. Moreover, SUV420H1_i2 distribution was unaffected by co-expression of heterochromatin protein-1α, which increased the targeting of SUV420H1_i1 and SUV420H2 to regions of pericentromeric heterochromatin. Consistent with their distributions, SUV420H1_i2 caused an increase in H4K20me3 levels throughout the nucleus, whereas SUV420H1_i1 and SUV420H2 facilitated an increase in pericentric H4K20me3. Striking differences continued when the SUV420H proteins were tested in the C2C12 myogenic model system. Specifically, although SUV420H1_i2 induced precocious appearance of the differentiation marker Myogenin in the presence of mitogens, only SUV420H2 maintained a Myogenin-enriched population over the course of differentiation. Paradoxically, SUV420H1_i1 could not be expressed in C2C12 cells, which suggests it is under post-transcriptional or post-translational control.These data indicate that SUV420H proteins differ substantially in their localization and activity. Importantly, SUV420H2 can induce a transition from H4K20me1 to H4K20me3 in regions of constitutive heterochromatin that is sufficient to enhance myogenic differentiation, suggesting it can act an as epigenetic ‘switch’ in this process

Caratterizzazione di alcuni siti della rete accelerometrica nazionale al fine di individuare la risposta sismica locale

Le indagini geotecniche finalizzate alla stima della risposta sismica locale si limitano molto spesso ai primi 30 m di profondità, valore che è diventato uno standard per la classificazione delle caratteristiche di un sito. Negli anni ’90 Borcherdt (1994) e Martin e Dobry (1994) suggerirono 30 m come la profondità standard di indagine per la verifica delle strutture. Boore et al. (1993, 1994, 1997) e Boore e Joyner (1997) basarono le regressioni per il calcolo delle leggi predittive del moto del suolo sullo stesso parametro. Nel 1997 negli Stati Uniti il National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP) nella stesura delle norme tecniche per le costruzioni in zona sismica (FEMA, 1997) utilizza per la prima volta il parametro Vs30 come indice per la classificazione dei suoli, con lo scopo di definirne l’amplificazione. Le norme tecniche per le costruzioni in zona sismica della comunità Europea, EC8 (ENV, 1998) ente da dati provenienti dagli Stati Uniti occidentali e, utilizzando dati provenienti dalla stessa regione, Wald & Mori (2000) segnalano che le VS,30 non sono molto ben correlate con l’entità dell’amplificazione, in quanto esiste una forte dispersione dei dati. La figura 1.1 mostra il rapporto tra le amplificazioni, mediate sull’intervallo di frequenza compreso tra 3-5 Hz. raccomandano lo stesso parametro per suddividere i terreni, anche se le classi differiscono in parte dalla classificazione NEHRP. Infine, anche in Italia, le Norme Tecniche per le Costruzioni (Normative Tecniche per le Costruzioni, Gazzetta Ufficiale del 14/01/2008) adottano la stessa suddivisione dei terreni adottata dall’EC8.L’attendibilità della velocità delle onde di taglio nei primi 30 m (VS,30) come estimatore della risposta sismica di un sito, in termini di frequenza e amplificazione, è tuttavia molto discussa.Innanzitutto il parametro è stato ricavato unicamente da dati provenienti dagli Stati Uniti occidentali e, utilizzando dati provenienti dalla stessa regione, Wald & Mori (2000) segnalano che le Vs30 non sono molto ben correlate con l’entità dell’amplificazione, in quanto esiste una forte dispersione dei dati. La figura 1.1 mostra il rapporto tra le amplificazioni, mediate sull’intervallo di frequenza compreso tra 3-5 Hz. I valori risultano effettivamente molto dispersi, ma questo risultato può essere spiegato col fatto che non tutte le classi di sito hanno frequenza di risonanza compreso in questo intervallo di frequenza. Perciò per alcuni siti la media è stata calcolata nell’intorno della frequenza di risonanza (sulle amplificazioni massime), mentre per altri è stata calcolata sulle armoniche superiori, che hanno ampiezze minori. Lavori eseguiti con dati provenienti da altre regioni sottolineano come le Vs30 non siano buoni estimatori per la predizione di amplificazioni in bacini profondi (Park & Hashash, 2004), per la stima delle amplificazioni in altre regioni (Stewart et al., 2003) o in presenza di inversioni di velocità (Di Giacomo et al., 2005). Uno studio recente, eseguito su dati giapponesi (Zhao et al., 2006) si è evitato l’uso della Vs30 perché strati spessi di terreno rigido posti sopra il substrato roccioso amplificano il moto di lungo periodo, mentre gli strati sottili e soffici tendono ad amplificare il moto di corto periodo: ciò significa che la VS,30 non può rappresentare il periodo predominante del sito, dato che si basa solo sugli strati superficiali. Secondo Mucciarelli e Gallipoli (2006) il confronto tra l’amplificazione sismica al sito e la Vs30 mostra che quest’ultimo parametro non è adeguato per spiegare gli effetti di sito osservati in Italia a causa delle situazioni geologiche particolari che sono diffuse nel nostro paese. La figura 1.2 mostra la distribuzione dell’ampiezza rispetto alla classe di sito, in cui si vede che le classi sono mal discriminate e le mediane delle classi A e B (indicate dalla linea nera) sono uguali. È però necessario notare che questo grafico è stato costruito utilizzando le ampiezze ricavate col metodo dei rapporti spettrali H/V, ma in letteratura (Bard, 1999) è dimostrato che tali rapporti spettrali permettono di stimare la frequenza di risonanza, ma falliscono nella stima del valore di amplificazione. In particolare la Vs30 sottostima gli effetti locali ai siti con inversione di velocità e li sovrastima in siti con bacini profondi. La Vs30 sembra fornire dei buoni risultati solo in siti che abbiano un profilo di velocità monotono, crescente con la profondità e un forte contrasto di impedenza nella prima decina di metri. Questo studio si propone di verificare l’attendibilità della velocità delle onde di taglio valutate nei primi 30 m come estimatore della risposta sismica di un sito. Per questo scopo sono state selezionate 45 stazioni della Rete Accelerometrica Nazionale, di cui si conoscono i profili stratigrafici e i profili di velocità delle onde di taglio e di compressione. Inoltre sono state raccolte le registrazioni strong motion relative ai terremoti registrati da queste stazioni. Gli effetti di sito sono stati valutati in due modi: · Le registrazioni sono state utilizzate per calcolare i rapporti spettrali H/V per ricavare la frequenza fondamentale propria di ciascun sito (f0) e il relativo valore di amplificazione; · I profili di velocità delle onde di taglio sono serviti per ricavare il modello teorico monodimensionale per il calcolo della funzione di trasferimento del sito, eseguito per mezzo del modello proposto da Haskell e Thomson (Haskell, 1953, Thomson 1950), da cui ricavare la f0 e l’amplificazione. I valori ottenuti con i due metodi sono stati poi confrontati per verificare la congruenza dei risultati. I profili di velocità hanno permesso di classificare le stazioni utilizzando la velocità media delle onde di taglio nei primi 30 m (Vs30), secondo la normativa italiana. I risultati ottenuti dalla valutazione della risposta di ciascun sito, espressi in termini di frequenza fondamentale e amplificazione, sono stati correlati con la rispettiva classe di sito per verificare l’attendibilità del parametro delle Vs30 come estimatore degli effetti di sito