Expressão de RNAs não codificadores intrônicos longos em linhagens celulares humanas e o seu controle epigenético por metilação do DNA / Long intronic noncoding RNA expression in human cell lines and its DNA methylation epigenetic control

Estudos recentes têm revelado que uma fração significativa do transcriptoma de eucariotos é composta por RNAs não codificadores longos (lncRNAs). Este trabalho investigou o padrão de expressão de um conjunto de lncRNAs originados a partir de regiões intrônicas de genes codificadores de proteínas em três linhagens celulares tumorais humanas utilizando microarranjos de DNA customizados. Realizamos uma série de análises in silico com a perspectiva de identificar propriedades globais desses transcritos, tais como a abundância relativa em diferentes tecidos, características evolutivas, estruturais e regulatórias, além de possíveis funções celulares. Avaliamos também a contribuição da metilação do DNA, um mecanismo de silenciamento epigenético da expressão de genes codificadores de proteínas, na regulação da expressão de lncRNAs intrônicos. Observamos que uma fração dos lncRNAs intrônicos detectados nas linhagens estudadas são conservados evolutivamente, tem padrão de expressão tecido específico, e está enriquecida em elementos regulatórios na sua extremidade 5'. Foram identificados subconjuntos de lncRNAs intrônicos possivelmente atuando sobre genes associados a vias regulatórias importantes para o controle do desenvolvimento de organismos e ciclo celular. Comparativamente a mRNAs, uma menor proporção de lncRNAs intrônicos possui ilhas CpGs (CGIs) na vizinhança de seu início de transcrição. Apesar disso, observamos que um subconjunto desses transcritos teve sua expressão sensível ao tratamento com o agente desmetilante de DNA 5-AZA, demonstrando que lncRNAs intrônicos transcritos podem estar sujeitos a regulação transcricional mediada por metilação do DNA. Dentre os lncRNAs intrônicos regulados por metilação do DNA, destaca-se o lncRNA AS-APP, cuja expressão aumentou em 25 a 80 vezes nas linhagens celulares DU-145 e HEK293, respectivamente, após tratamento com 5-AZA. Este lncRNA possui uma CGI metilada e um promotor ativo a cerca de 4 kb de distância do seu início de transcrição conhecido. O aumento da transcrição do lncRNA AS-APP após desmetilação do DNA correlacionou-se a uma diminuição significativa dos níveis de expressão do mRNA do gene APP. Este resultado sugere uma possível ação regulatória em cis do lncRNA AS-APP no locus APP, um importante gene envolvido na doença de Alzheimer e com expressão associada ao prognóstico de alguns tipos de câncer. Os resultados obtidos neste trabalho reforçam a ideia de que lncRNAs intrônicos constituem unidades transcricionais independentes que se encontram sobre controle regulatório nos diferentes tipos celulares. Foi gerado também um catálogo de lncRNAs intrônicos regulados por metilação que permitirá a seleção de candidatos com maior potencial de relevância funcional para caracterização detalhada

Recent studies have revealed that a significant fraction of the eukaryotic transcriptome is composed of long noncoding RNAs (lncRNAs). This work investigated the expression pattern in three human tumor cell lines of a set of lncRNAs originated from intronic regions of protein coding RNAs, using custom DNA oligoarrays. In silico analyses were performed to identify global properties of these transcripts such as relative abundance in different human tissues, regulatory, evolutionary and structural aspects, as well as their possible cellular functions. In addition, we evaluated the contribution of DNA methylation, an important epigenetic mechanism that control the expression of protein coding genes, in the regulation of intronic lncRNAs expression. We found that a fraction of the intronic lncRNAs detected in the cell lines are evolutionarily conserved, show a tissue specific expression pattern, and is enriched in regulatory elements at their 5' end region. Subsets of intronic lncRNAs possibly acting on genes associated to important regulatory pathways controlling organism development and cell cycle were identified. A smaller proportion of intronic lncRNAs relative to mRNAs displayed CpG islands (CGI) in the vicinity of the transcription start site. Notwithstanding, we observed that a subset of these transcripts responded to treatment with the DNA demethylation agent 5-AZA, demonstrating that intronic lncRNAs may be under transcriptional regulation mediated by DNA methylation. Among intronic lncRNAs regulated by DNA demethylation, stands out AS-APP lncRNA, which was up regulated 25 to 80 times in DU-145 and HEK293 cell lines following 5-AZA treatment, respectively,. This lncRNAs has a methylated CGI and an active promoter at 4-kb upstream from its known transcription start site. Increased AS-APP lncRNA transcription following DNA demethylation correlated with a significant decrease of APP gene messenger RNA levels. This finding suggests a possible cis-regulatory action of the lncRNA AS-APP in the APP locus, an important gene involved in Alzheimer disease and whose expression is associated with prognosis of different cancer types. The results obtained in this study reinforce the idea that intronic lncRNAs constitute independent transcriptional units under regulatory control in the different cell types. It was generated a catalog of intronic lncRNAs regulated by DNA methylation that will allow the selection of candidates with higher potential of functional relevance for detailed characterization

Biogênese, estabilidade e localização sub-celular de RNAs não-codificadores longos expressos em regiões intrônicas do genoma humano / Biogenesis, stability and sub-cellular localization of long non-coding RNAs expressed in intronic regions of the human genome

Trabalhos recentes indicam que a maior parte do transcriptoma de células de mamíferos é composto por RNAs não-codificadores de proteínas (ncRNAs). Nosso grupo tem identificado e caracterizado ncRNAs longos (>200 nt), sem splicing, expressos em regiões intrônicas de genes codificadores de proteína. Contudo, a biogênese, processamento e localização sub-celular desta classe de RNAs permanecem desconhecidos. Este trabalho teve como objetivos i) investigar a contribuição da RNA Polimerase II (RNAP II) na transcrição de ncRNAs intrônicos, ii) avaliar a meia-vida destes ncRNAs em relação a mRNAs, e iii) verificar a distribuição sub-celular de ncRNAs intrônicos. Os resultados obtidos indicaram que ncRNAs intrônicos são predominantemente transcritos pela RNAP II a partir de regiões promotoras funcionalmente semelhantes as que controlam a transcrição de mRNAs. Ensaios de estabilidade revelaram que, em média, ncRNAs intrônicos possuem meia-vida igual ou maior (3,4h a 4,2h) do que mRNAs (3,1h). A maior parte dos ncRNAs intrônicos possui estrutura cap 5', sugerindo que sejam estabilizados para desempenhar papéis na biologia da célula que não dependam de um rápido turnover. A maior parte dos ncRNAs intrônicos é exportada para o citoplasma, indicando que devam exercer alguma função biológica neste compartimento. Em conjunto, este trabalho fornece informações novas a respeito da biogênese, estabilidade e localização sub-celular ncRNAs intrônicos expressos em células humanas, contribuindo para avançar o conhecimento sobre esta classe de transcritos celulares.

Recent studies have shown that most of the mammalian transcriptome is comprised of non-coding RNAs (lncRNAs). Our group has identified and characterized long (>200 nt), unspliced lncRNAs expressed in intronic regions of protein coding genes. However, the biogenesis, processing, stability and subcellular localization of members from this RNA class remain unknown. The aims of this work were i) to investigate the contribution of RNA Polymerase II (RNAP II) to the transcription of intronic, ii) to evaluate the half-life of these ncRNAs relative to mRNAs, and iii) determine their subcellular distribution. Our results indicate that intronic ncRNAs are predominantly transcribed by RNAP II from promoter regions functionally similar to those that control the transcription of mRNAs. Stability assays revealed that intronic ncRNAs have an average half-life equal or greater (3.4h to 4.2h) than mRNAs (3.1h). The majority of intronic ncRNAs have 5' cap modification suggesting that these transcripts are stabilized, possibly to exert roles in the biology of the cell that does not depend on a rapid turnover. Although intronic ncRNAs do not encode proteins, most of these transcripts are transported to the cytoplasm which indicates that they may perform some biological function in this compartment. Altogether, this study reveals with novel information regarding the biogenesis, stability and subcellular localization of intronic ncRNAs expressed in human cells, thus contributing to advance the knowledge on this class of cellular transcripts.

Identificação de perfis de expressão de RNAs codificadores e não codificadores de proteína como preditores de recorrência de câncer de próstata / Identification of protein-coding and non-coding RNA expression profiles as prognostic marker of prostate cancer biochemical recurrence

O câncer de próstata é o quinto tipo mais comum de câncer no mundo e o mais comum em homens. Fatores clínicos e anatomopatológicos atualmente usados na clínica não são capazes de distinguir entre a doença indolente e a agressiva. Existe uma grande necessidade de novos marcadores de prognóstico, a fim de melhorar o gerenciamento clínico de pacientes de câncer de próstata. Além das anormalidades em genes codificadores de proteínas, alterações em RNAs não codificadores (ncRNAs) contribuem para a patogênese do câncer e, portanto, representam outra fonte potencial de biomarcadores de câncer de próstata. Entretanto, até o momento, poucos estudos de perfis de expressão de ncRNAs foram publicados. Este projeto teve como principal objetivo identificar perfis de expressão de genes codificadores e não codificadores de proteína correlacionados com recorrência de tumor de próstata, a fim de gerar um perfil prognóstico com potencial uso como biomarcadores e elucidar o possível papel de ncRNAs no desenvolvimento do câncer. Para isso, foram analisados os perfis de expressão de genes codificadores e não codificadores de proteína de um conjunto de 42 amostras de tecido tumoral de câncer de próstata de pacientes de amostras de pacientes submetidos à prostatectomia radical, com longo acompanhamento clínico (cinco anos) e conhecida evolução da doença Nós utilizamos microarranjos por nós desenhados e fabricados pela Agilent sob encomenda, interrogando aproximadamente 18.709 transcritos não codificadores longos (>500 nt), sem evidência de splicing, que mapeiam em regiões intrônicas dentro de 5.660 loci genômicos. Os dados de expressão foram extraídos de cada arranjo, normalizados entre todas as 42 amostras de pacientes. Usando uma estratégia de múltipla amostragem, foi identificado um perfil de expressão de mau prognóstico, contendo 51 transcritos intrônicos não codificadores de proteína. O perfil prognóstico de ncRNAs foi aplicado a um conjunto teste independente de 22 pacientes...

Prostate cancer is the fifth most common type of cancer in the world, and the most common in men. Clinical and anatomo-pathological factors currently used in clinic are not able to distinguish between the indolent and the aggressive disease. There is a major need of new prognostic makers in order to improve the clinical management of prostate cancer patients. Apart from abnormalities in protein-coding genes, changes in non-coding RNAs (ncRNAs) contribute to the pathogenesis of cancer and thus represent another potential source of prostate cancer biomarkers. However, few studies of expression profiles of ncRNAs have been published. This project aimed to identify expression profiles of protein-coding and non-coding genes correlated to prostate cancer biochemical recurrence. For this, we analyzed the expression profile of 42 prostate cancer samples from patients undergoing radical prostatectomy, with long follow-up (five years), and know disease outcome. We used a custom microarray designed by us and printed by Agilent, that probes 18,709 long (>500 nt) ncRNAs mapping to intronic regions within 5,660 genomic loci. The expression data were extracted from each array and normalized across all 42 samples. Using a multiple random sampling validation strategy, we identified an expression profile of poor prognosis, comprising 51 ncRNAs. The prognostic profile of ncRNAs was applied to an independent test set of 22 patients, correctly classifying 82% of the samples. A Kaplan-Meier analysis of the test set of patients indicated that the survival curves of high and low risk groups were significantly different (Log-rank test p = 0.0009, Hazard ratio = 23.4, 95% CI = 3.62 to 151.2) thus confirming that this classifier is useful for identifying patients at high risk of recurrence. Furthermore, these findings indicate a potential role of these intronic non-coding RNAs in the progression of prostate tumors and points to the intronic ncRNAs as potential new markers of câncer.