The integrated stress response effector ATF4 is an obligatory metabolic activator of NRF2

The redox regulator NRF2 becomes activated upon oxidative and electrophilic stress and orchestrates a response program associated with redox regulation, metabolism, tumor therapy resistance, and immune suppression. Here, we describe an unrecognized link between the integrated stress response (ISR) and NRF2 mediated by the ISR effector ATF4. The ISR is commonly activated after starvation or ER stress and plays a central role in tissue homeostasis and cancer plasticity. ATF4 increases NRF2 transcription and induces the glutathione-degrading enzyme CHAC1, which we now show to be critically important for maintaining NRF2 activation. In-depth analyses reveal that NRF2 supports ATF4-induced cells by increasing cystine uptake via the glutamate-cystine antiporter xCT. In addition, NRF2 upregulates genes mediating thioredoxin usage and regeneration, thus balancing the glutathione decrease. In conclusion, we demonstrate that the NRF2 response serves as second layer of the ISR, an observation highly relevant for the understanding of cellular resilience in health and disease

Glypican-3 induces a mesenchymal to epithelial transition in human breast cancer cells

Breast cancer is the disease with the highest impact on global health, beingmetastasis the main cause of death. To metastasize, carcinoma cells must reactivate a latent program called epithelial-mesenchymal transition (EMT), through which epithelial cancer cells acquire mesenchymal-like traits.Glypican-3 (GPC3), a proteoglycan involved in the regulation of proliferationand survival, has been associated with cancer. In this study we observed thatthe expression of GPC3 is opposite to the invasive/metastatic ability of Hs578T,MDA-MB231, ZR-75-1 and MCF-7 human breast cancer cell lines. GPC3 silencingactivated growth, cell death resistance, migration, and invasive/metastatic capacity of MCF-7 cancer cells, while GPC3 overexpression inhibited these properties in MDA-MB231 tumor cell line. Moreover, silencing of GPC3 deepened the MCF-7 breast cancer cells mesenchymal characteristics, decreasing the expression of the epithelial marker E-Cadherin. On the other side, GPC3 overexpression induced the mesenchymal-epithelial transition (MET) of MDA-MB231 breast cancer cells, which re-expressed E-Cadherin and reduced the expression of vimentin and N-Cadherin.While GPC3 inhibited the canonical Wnt/β-Catenin pathway in the breast cancer cells, this inhibition did not have effect on E-Cadherin expression. We demonstrated that the transcriptional repressor of E-Cadherin - ZEB1 - is upregulated in GPC3 silenced MCF-7 cells, while it is downregulated when GPC3 was overexpressed in MDA-MB231 cells.We presented experimental evidences showing that GPC3 induces the E-Cadherinre-expression in MDA-MB231 cells through the downregulation of ZEB1.Our data indicate that GPC3 is an important regulator of EMT in breast cancer,and a potential target for procedures against breast cancer metastasisFil: Castillo, Lilian Fedra. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; ArgentinaFil: Tascón, Rocío Soledad. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología ; ArgentinaFil: Lago Huvelle, María Amparo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Novack, Gisela Vanina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología ; ArgentinaFil: Llorens de Los Ríos, María Candelaria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica; ArgentinaFil: Ferreira Dos Santos, Ancély. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Shortrede, Jorge Eduardo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología ; ArgentinaFil: Cabanillas, Ana Maria de Los A.. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Bioquímica Clínica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; ArgentinaFil: Bal, Elisa Dora. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; ArgentinaFil: Labriola, Leticia. Universidade de Sao Paulo; BrasilFil: Peters, María Giselle. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Oncología ; Argentin

Unvealing the signaling pathways involved in the cytotoxic effects of photodynamic therapy in human breast cancer cells

O câncer de mama apresenta-se como um dos maiores problemas de saúde pública no mundo por ser, entre as mulheres, o primeiro em incidência e o segundo em número de óbitos. Este tipo de câncer apresenta alto grau de recorrência devido a falha no tratamento do tumor primário e o aparecimento de metástases da doença é a principal causa de mortalidade. As estratégias de tratamento nesse estágio não são específicas e comprometem a qualidade de vida das pacientes. A terapia fotodinâmica (PDT) aparece como uma alternativa terapêutica promissora. No entanto, a eficácia da PDT para o tratamento de tumores da mama, bem como os mecanismos que conduzem à morte celular permanecem obscuros. Para este propósito, neste estudo, nos propusemos a investigar mais profundamente os mecanismos moleculares envolvidos na morte celular induzida MB-PDT. Observou-se que a MB-PDT induz massiva morte celular em células tumorais preferencialmente. As células não-tumorigênicas foram significativamente mais resistentes à terapia em comparação com as células malignas. Análises morfológicas e bioquímicas das células em processo de morte apontou para mecanismos alternativos à apoptose clássica. A autofagia induzida por MB-PDT resultou em citoproteção ou citotoxicidade, dependendo do modelo de célula utilizado. No entanto, o comprometimento de uma destas vias não impediu o destino fatal das células tratadas com MB-PDT. Ao analisar os mecanismos de necrose regulada, observamos que a necroptose desempenhou um papel importante na morte celular induzida por MB-PDT. Adicionalmente, nossos resultados mostraram uma localização preferencial do MB nos lisossomos, o que nos levou a analisar o comprometimento destas organelas. Nós demonstramos por meio da atividade de catepsinas no citosol das células tratadas com MB-PDT, evidências de que a permeabilização da membrana lisossomal é outro mecanismo de necrose regulada responsável pelos efeitos citotóxicos da MB-PDT. Além de resistência à morte celular, as células tumorais também desenvolvem mecanismos de evasão do sistema imune. Neste estudo, também demonstramos que a MB-PDT tem o potencial de aumentar o número de células de linfócitos T CD4+. Por fim, também mostramos a eficácia da terapia em induzir morte celular seletiva às células tumorais em um modelo que recapitula a morfologia do epitélio glandular. Em resumo, demonstramos que vários mecanismos de morte celular são ativados por MB-PDT, uma vez que o comprometimento de uma via de morte celular não impediu o destino fatal das células tratadas com MB-PDT. No geral, os resultados obtidos nesta tese apontam a MB-PDT como uma terapia alternativa e eficaz para o tratamento do câncer de mama, exibindo uma ação de amplo espectro em células com diferentes mecanismos de resistência a vias de morte celular clássica, uma propriedade fundamental para uma terapia contra o câncer. Finalmente, as nossas observações destacam o potencial de MB-PDT como uma estratégia altamente eficaz para tratar o câncer de mama com segurança e possivelmente outros tipos de tumores.Breast cancer is the main cause of mortality among women presenting high recurrence due to primary treatment failure. Photodynamic therapy (PDT) appears as a promising therapeutic alternative. However, the efficacy of PDT to treat breast tumors as well as the mechanisms that lead to tumorigenic cell death remain unclear. For this purpose, in this study, we set out to deeper investigate the molecular mechanisms involved in MB-PDT induced cell death. We observed that MB-PDT differentially induces massive cell death of tumor cells. Non-malignant cells were significantly more resistant to the therapy compared to malignant cells. Morphological and biochemical analysis of dying cells pointed to alternative mechanisms rather than classical apoptosis. MB-PDT-induced autophagy resulted in either cytoprotection or cytotoxicity depending on the cell model used. However, impairment of one of these pathways did not prevent the fatal destination of MB-PDT treated cells. When analyzing regulated necrosis mechanisms, we observed that necroptosis played an important role in MB-PDT-induced cell death. Additionaly, our results have shown preferential lysosomal MB localization. Furthermore, we have also presented evidences that the lysosome membrane permeabilization is another regulated necrosis mechanism responsible for MB-PDT cytotoxic effects. It is known that in addition to resistance to tumor cell killing therapies, malignant cells develop molecular mechanisms in order to evade the immune system. In this study, we have also been able to show that the MB-PDT has the potential to increase the number of T lymphocytes CD4+. Additionally, when using a physiological 3D culture model that recapitulates relevant features of normal and tumor breast tissue morphology, we found that MB-PDT differential action in killing tumor cell was even higher than what was detected in 2D cultures. In summary, we demonstrated that different cell death mechanisms are being activated upon MB-PDT induction, since impairment of only one cell death pathway did not prevent the fatal destination of MB-PDT treated cells. Overall, our observations point MB-PDT as an alternative and effective therapy for breast cancer treatment, displaying a broad-spectrum action on tumors with different resistance mechanisms to classic cell death pathways, a desired property for improving an anticancer therapy. Finally, our observations underscore the potential of MB-PDT as a highly efficient strategy to safely treat breast cancer and possibly other types of tumors

Construction of linear expression cassetes na transformation of Kluyveromyces marxianus for heterologous protein expression

A escolha da levedura hospedeira para produção de uma proteína heteróloga é fundamental para o sucesso de um processo biotecnológico, porém, apesar da diversidade de trabalhos com expressão de proteínas em leveduras, os níveis de secreção nesses organismos ainda são considerados baixos quando comparadas aos fungos filamentosos. A levedura K. marxianus possui grande potencial biotecnológico para fermentação e produção de proteínas. Apesar desse potencial existem poucos trabalhos relatando a expressão heteróloga de proteínas nessa levedura. Este quadro demonstra a necessidade de mais estudos para padronização de um sistema fácil e eficiente para obtenção de K. marxianus recombinantes para produção de proteínas de interesse. O objetivo deste trabalho foi padronizar a construção de cassetes lineares para expressão de proteínas heterólogas em K. marxianus. Os cassetes de expressão foram construídos pela técnica de PCR de fusão. Para tanto foi realizado um primeiro ciclo de reação na qual foi amplificado individualmente cada fragmento integrante do cassete (o promotor, o gene de interesse e a marca de seleção). Os promotores escolhidos, ScHXT1p, ScPGKp, ScTDH3p, KmINU1p e KmPCPL3p, foram amplificados do genoma de S. cerevisiae ou K. marxianus. Os genes das enzimas endoglucanase e celobiohidrolase de Aspergillus níger (eng1e cbhA) foram clonados no vetor KLAC1 e este foi utilizado como molde para amplificação da sequência dos genes flanqueados pelas sequências do peptídeo sinal α-mating factor de Kluyveromyces lactis e do terminador do gene lac4 de Kluyveromyces lactis. A sequência codificadora do gene KanMX, marca de seleção que confere resistência em eucariotos para o antibiótico geneticina (G418), foi amplificado do DNA genômico de uma linhagem mutante de S. cerevisiae. O segundo passo consistiu da reação de fusão dos fragmentos de cada promotor com os fragmentos αMF-gene-TT e KanMX por PCR. Esse tipo de construção se mostrou eficiente, reprodutível e passível de ser realizada em tempo muito inferior àquele de métodos de clonagem tradicionais. Os cassetes construídos foram utilizados na transformação de leveduras Kluyveromyces marxianus UFV-3 por dois métodos, acetato de lítio e eletroporação. O protocolo de acetato de lítio foi mais eficiente e as colônias obtidas foram selecionadas por resistência às concentrações crescentes de G418.Selection of the most suitable yeast host for heterologous protein expression is important for the success of a biotechnological process. However despite the diversity of works with protein expression in yeasts the secretion level in these organisms are still low when compared with filamentous fungi. The yeast Kluyveromyces marxianus has a great potential for fermentation and protein production. Although, there are few studies reporting heterologous expression in this yeast. It shows the need for more studies to develop an efficient system for the recombinant protein production in this yeast. The aim of this work was the construction of linear cassettes for expression heterologous proteins in K. marxianus. The cassettes were constructed by fusion PCR. For this purpose we performed a first reaction cycle in which each fragment was amplified individually (the promoter, the gene of interest and the selection mark). The promoters (ScHXT1p, ScPGKp, ScTDH3p, KmINU1p and KmPCPL3p) were amplified from the genome of S. cerevisiae and K. marxianus. The endoglucanase and celobiohidrolase genes from A. niger (eng1 and cbhA) were cloned in pKLAC1 vector that was then used as template to amplify the sequence of genes flanked by the sequences of the Kluyveromyces lactis signal peptide α-mating factor and LAC4 gene terminator. The gene KanMX, which confers resistance to geneticin (G418) in eukaryotes, was amplified from genome of a S. cerevisiae mutant. The second step was a fusion PCR reaction of the fragments: the promoter desired, α-MF-gene of interest-TT and the KanMX. This construction was efficient, reproducible and capable of being held in a shorter time than tradicional cloning methods. The constructions were used in K. marxianus UFV-3 transformation by two different methods, the lithium acetate and electroporation. The lithium acetate protocol was more efficient and the transformants were selected by resistance to increased G418 concentrations.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológic

Photodynamic therapy in cancer treatment - an update review

Cancer remains a worldwide health problem, being the disease with the highest impact on global health. Even with all the recent technological improvements, recurrence and metastasis still are the main cause of death. Since photodynamic therapy (PDT) does not compromise other treatment options and presents reduced long-term morbidity when compared with chemotherapy or radiotherapy, it appears as a promising alternative treatment for controlling malignant diseases. In this review, we set out to perform a broad up-date on PDT in cancer research and treatment, discussing how this approach has been applied and what it could add to breast cancer therapy. We covered topics going from the photochemical mechanisms involved, the different cell death mechanisms being triggered by a myriad of photosensitizers up to the more recent-on-going clinical trials

Flavonóides : potencial terapêutico no estresse oxidativo.

Flavonóides pertencem a uma classe de compostos polifenólicos produzidos por plantas a partir da via dos fenilpropanóides. Embora possuam atividades benéficas, suas aplicações como suplemento dietético é vista com pre-caução, já que, participam de vários processos no orga-nismo. Nessa revisão foram avaliados os flavonóides, suas classes, seus efeitos em doenças crônico-degenerativas, uma vez que, o interesse por eles tem aumentado pelas suas propriedades em combater radicais livres

Thiol starvation triggers melanoma state switching in an ATF4 and NRF2-dependent manner

The cystine/glutamate antiporter xCT is an important source of cysteine for cancer cells. Once taken up, cystine is reduced to cysteine and serves as a building block for the synthesis of glutathione, which efficiently protects cells from oxidative damage and prevents ferroptosis. As melanomas are particularly exposed to several sources of oxidative stress, we investigated the biological role of cysteine and glutathione supply by xCT in melanoma. xCT activity was abolished by genetic depletion in the Tyr::CreER; BrafCA; Ptenlox/+ melanoma model and by acute cystine withdrawal in melanoma cell lines. Both interventions profoundly impacted melanoma glutathione levels, but they were surprisingly well tolerated by murine melanomas in vivo and by most human melanoma cell lines in vitro. RNA sequencing of human melanoma cells revealed a strong adaptive upregulation of NRF2 and ATF4 pathways, which orchestrated the compensatory upregulation of genes involved in antioxidant defence and de novo cysteine biosynthesis. In addition, the joint activation of ATF4 and NRF2 triggered a phenotypic switch characterized by a reduction of differentiation genes and induction of pro-invasive features, which was also observed after erastin treatment or the inhibition of glutathione synthesis. NRF2 alone was capable of inducing the phenotypic switch in a transient manner. Together, our data show that cystine or glutathione levels regulate the phenotypic plasticity of melanoma cells by elevating ATF4 and NRF2