Study of UBE3A expression in dental pulp stem cells - derived neurons from patients with Angelman syndrome

Síndrome de Angelman (AS - MIM 105830) é causada pela ausência de função do gene UBE3A que codifica uma proteína ubiquitina - ligase (E6-AP). Esse gene é expresso bialelicamente em vários tecidos exceto no cérebro, onde a expressão é preferencialmente materna. O RNA anti-senso de UBE3A é considerado o regulador dessa expressão diferencial entre os alelos, e faz parte de um transcrito grande que só o alelo paterno é expresso devido ao imprinting genômico; no cérebro, esse transcrito se entende até a região anti-senso de UBE3A, mas nos demais tecidos o transcrito é menor e não engloba a região anti-senso. Este trabalho visa obter um modelo para estudo da AS. Células-tronco da polpa do dente (SHEDs) de pacientes com deleção do segmento 15q11-q13 ou mutação no gene UBE3A foram caracterizadas e submetidas à diferenciação neuronal. A diferenciação foi analisada através do estudo de RNA e proteínas para marcadores neuronais e, também, por testes funcionais. As SHEDs são células-tronco mesenquimais e constituem uma população heterogênea. Essas células ou algumas dessas células já expressam algumas proteínas neuronais ou de células excitáveis como nestina, β-tubulina III, MAP2 e proteína de canais dependentes de voltagem de sódio e potássio. Um ponto interessante é que as SHEDs apresentam baixa expressão do UBE3A anti-senso e a expressão do UBE3A nas células de pacientes é menor que 50% da expressão encontrada nas células de controles, que pode indicar a ocorrência de expressão preferencial materna desse gene em outros tipos celulares além de neurônios maduros. Quando induzidas à diferenciação neurogênica, a maioria das linhagens controles apresentou aumento da expressão de MAP2 e, principalmente, β-tubulina III; e a maioria das linhagens de pacientes com AS não apresentou aumento notável na expressão dessas proteínas, exceto uma linhagem de paciente que aumentou a expressão de β-tubulina III. As células induzidas à diferenciação apresentaram aumento estatisticamente significativo da condutância de sódio através de canais de sódio dependentes de voltagem. Com a análise de expressão de UBE3A e do UBE3A anti-senso é possível afirmar que a expressão deles não alterou com a diferenciação neuronal. Assim, é possível concluir que as células-tronco da polpa do dente, com o protocolo de diferenciação neurogênica, progrediram na via de diferenciação, mas a maioria das células não atingiu o estágio de maturação necessário para que ocorresse o imprinting do UBE3A ou a via de diferenciação não ia em direção a neurônios que apresentam imprinting do UBE3A.Angelman syndrome (AS - MIN 105830) is caused by the loss of function of the maternal UBE3A gene, which encodes an ubiquitin protein ligase (E6-AP). UBE3A displays biallelic expression in most of tissues, but maternal predominant expression is observed in the brain. A RNA antisense that is paternally expressed in some regions in the brain is considered to be responsible for this tissue-specific imprinting; UBE3A antisense is part of a large transcript that starts at SNURF-SNRPN gene and is paternally expressed, and in the brain this transcript includes UBE3A antisense region however in other tissues this region is not included. The aim of the present study is to develop a new model for studying AS. Dental pulp stem cells (SHEDs) were characterized and differentiated by an already described protocol. SHEDs intrinsically express some neuronal proteins as nestin, β-tubulin III, MAP2 and voltage-gated sodium channels and potassium channels. Interestingly, SHEDs also present a low expression of UBE3A antisense, and UBE3A expression in cells from patients with AS is lower than 50% of the cells from normal control, so it is possible that preferential maternal expression of this gene might occur in some cells beyond mature neurons. After the neuronal differentiation, most control lineages and one lineage of AS patients had an increase of MAP2 and β-tubulin III expression. Two control lineages and most lineages from AS patients did not have a notable increase of expression of these proteins. Neuronal differentiated cells displayed an increase in conductance through voltage-gated sodium channels. Analysis of UBE3A and UBE3A antisense expression in SHEDs and cells induced to differentiate into neurons indicated no changes in their expression. Thus, after neuronal differentiation induction, dental pulp stem cells progressed through neuronal differentiation pathway. However, most cells did not reach the stage which UBE3A imprinting occurs or the neuronal differentiation is resulting in a cell that do not present UBE3A imprinting

Analysis of imprinted genes expression on chromosome region 15q11-q13 in Angelman and Prader-Willi patients

A síndrome de Prader Willi (PWS) é uma doença de neurodesenvolvimento; a principal hipótese de causa de PWS é a ausência da expressão de SNORD116. O SNORD116 fica na região 15q11-q13 que apresenta vários genes com imprinting genômico e é conhecida por ser controlada pela região de controle de imprinting PWS (PWS-IC) que se localiza sobreposta à região promotora e ao exon 1 do gene SNRPN. Em camundongos, uma proteína zinc finger (Zfp57) foi descrita como importante para o estabelecimento e manutenção do imprinting no Snrpn. Através de análise do ENCODE do Genome Browser, verificamos que outra proteína zinc finger (ZNF274) se liga ao SNORD116. ZNF274 é conhecida por formar um complexo com TRIM28 e SETDB1 que inibe a expressão através da trimetilação da lisina 9 na histona 3 (H3K9me3). No atual estudo mostramos que ZNF274 se liga ao SNORD116 preferencialmente ao alelo materno nas células-tronco pluripotente induzidas (iPSCs). Adicionalmente, as proteínas TRIM28 e SETDB1, que formam um complexo com a ZNF274, estão presentes na região do SNORD116, e a modificação H3K9me3 ocorre preferencialmente no alelo materno nas iPSCs. Na análise funcional, mostramos que o knockdown de SETDB1 isoladamente ou combinado com o knockdown de ZNF274 causa aumento na expressão de SNRPN e SNORD116 nas iPSCs. Além disso, ocorre redução do H3K9me3 e aumento da modificação relacionada à ativação da transcrição, H3K4me2 (dimetilação da lisina 4 na histona 3), na PWS-IC. Os knockdowns também afetam a metilação de DNA, ocasionando o aumento de 5-hidroximetliação de citosinas na PWS-IC. Em outros tipos celulares estudados, neurônios derivados de iPSCs e SHEDs, ZNF274 e a modificação H3K9me3 ocorrem em ambos os alelos dentro do SNORD116. É possível que, nas iPSCs, este complexo proteja a região imprintada da desmetilação do DNA de proteína(s) que atue(m) nessa região somente em células pluripotentes. Nossos achados possibilitam melhor compreensão dos mecanismos envolvidos no imprinting da região 15q11-q13, principalmente do SNORD116, e, consequentemente, disponibiliza novas ferramentas para o desenvolvimento de futuras terapias para PWS.Prader-Willi syndrome (PWS) is a neurodevelopmental disorder. Loss of paternal copies of the cluster of SNORD116 C/D box snoRNAs and their host transcript, 116HG, on human chromosome 15q11-q13 imprinted region is considered to be the major responsible for PWS. PWS-imprinting center (PWS-IC) regulates 15q11-q13 imprinting. PWS-IC is located upstream and in the exon 1 of SNURF-SNRPN gene. In mice, Zfp57 plays an important role in establishment and maintenance of Snrpn imprinting. In human, ENCODE database indicates that ZNF274 binds to SNORD116. Moreover, ZNF274 are C2H2/KRAB zinc finger proteins as Zfp57. We have investigated the mechanism of repression of the maternal SNORD116. Here, we report that the ZNF274, in association with the histone H3 lysine 9 (H3K9) methyltransferase SETDB1, is part of a complex that binds to the silent maternal but not to the active paternal alleles in induced pluripotent stem cells (iPSCs). Knockdown of SETDB1 in PWS-specific iPSCs causes a decrease in the accumulation of H3K9 trimethylation (H3K9me3) at SNORD116. We also show that upon knockdown of SETDB1 in PWS-specific iPSCs, expression of maternally silenced 116HG RNA is partially restored. SETDB1 knockdown in PWS iPSCs also disrupts DNA methylation at the PWS-IC where a decrease in 5-methylcytosine is observed in association with a concomitant increase in 5-hydroxymethylcytosine. In iPSCs-derived neurons and stem cells from human exfoliated teeth (SHEDs) ZNF274/SETDB1 complex binding and H3K9me3 modification occur in both alleles. These observations suggest that the ZNF274/SETDB1 complex bound to the SNORD116 cluster may protect the PWS-IC from DNA demethylation during early development, as indicated by iPSCs. Our findings reveal novel epigenetic mechanisms that function to repress the maternal 15q11-q13 region. The better understanding of epigenetic mechanisms provides new tools for future therapy research

Human cardiomyocytes for drug discovery

Introduction: Cardiac drug discovery are based in old methods that use animals, animal cells or modified cells that do not faithfully represent human cardiac phenotypes. Objective: Here, we aimed to show that cardiomyocytes derived from human iPS cells represent a new tool for cardiac drug discovery and could contribute do reduce animal use in research. Method: Generation of human iPS cells derived  cardiomyocytes and its use for cardiotoxicity evaluation and infection with T. cruzi for drug discovery. Results: Definition of robust protocol for human iPS cells reprogramming, maintenance and cardiac differentiation. Derivation of high purity cardiomyocytes from hiPSCs that presented toxicity to different doses of doxorubicin and were amenable to infection of T. cruzi. Conclusions: Human cardiomyocytes derived from human iPS cells can be a great tool for drug discovery and can replace several assays done in animals helping to reduce animal use in research