Desenvolvimento de xenotransplantes de tumores pancreáticos humanos para varredura genética de alvos moleculares com potencial terapêutico / Establishment of xenografts from human pancreatic tumors for genetic screening of molecular targets with therapeutic potential

O adenocarcinoma ductal pancreático (PDAC, pancreatic ductal adenocarcinoma), o tipo mais prevalente de câncer do pâncreas, é uma neoplasia extremamente agressiva e com elevado índice de letalidade. Há uma necessidade premente de identificação de vulnerabilidades no PDAC que possam ser exploradas como alvos terapêuticos, e a utilização de modelos pré-clínicos que recapitulem a complexidade biológica e heterogeneidade clínica da doença é um aspecto central para a realização dessa tarefa. Os xenotransplantes de tecido tumoral derivado de pacientes (PDX, patient-derived tumor tissue xenografts), realizados em camundongos imunodeficientes, replicam com grande similaridade as principais características do tumor original e, assim, constituem uma ferramenta valiosa para o teste de drogas e estudos funcionais. Neste trabalho, 17 amostras cirúrgicas de PDAC humano foram implantadas subcutaneamente em camundongos nude atímicos. Sete tumores (41%) foram enxertados com sucesso e têm sido mantidos em sucessivas gerações de animais receptores. O exame histológico de seis desses xenoenxertos identificou características morfológicas compatíveis com os padrões reconhecidos no PDAC humano, assim como uma consistente similaridade de seu status de diferenciação histológica em relação aos perfis verificados nos tumoresoriginais. O cultivo in vitro de células derivadas de um dos xenotumores resultou em uma nova linhagem de câncer de pâncreas, com morfologia e cinética de crescimento comparáveis às de outras linhagens celulares de câncer pancreático. O potencial tumorigênico dessa nova linhagem foi validado in vivo, com uma consistente formação de tumores após inoculação em camundongos nude. A fim de aproveitar esse recurso para a investigação de potenciais alvos terapêuticos no PDAC, um rastreamento de vulnerabilidades moleculares foi realizado por meio de silenciamento gênico em larga-escala com RNA de interferência (RNAi). Uma biblioteca lentiviral de 4492 shRNAs (short hairpin RNAs), alvejando cerca de 350 genes envolvidos na regulação epigenética, foi empregada para a triagem de genes de suscetibilidade nas células derivadas de PDX, e em outras cinco linhagens tumorais pancreáticas (AsPC-1, BxPC-3, Capan-1, MIA PaCa-2 e PANC-1). Inicialmente, foi realizada uma série de experimentos preliminares, visando à amplificação e controle de qualidade da biblioteca de silenciamento, à produção de vetores lentivirais e à padronização das condições experimentais para a transdução e seleção das células-alvo. Apenas três das linhagens avaliadas (AsPC-1, MIA PaCa-2 e PANC-1) mostraram-se permissíveis à transdução pelos vetores lentivirais, e foram assim utilizadas no screening de alvos epigenéticos. A análise dos dados obtidos nesse ensaio está em curso e os resultados serão utilizados para a definição de potenciais alvos candidatos. Em conclusão, recursos valiosos para apoiar a pesquisa sobre o câncer de pâncreas foram desenvolvidos. A coleção de PDXs estabelecida, bem como a linhagem celular recém-derivada, constituem uma fonte permanente e estável de células de PDAC para análises moleculares e estudos funcionais que busquem elucidar aspectos da doença ainda pouco compreendidos. Adicionalmente, os reagentes gerados e a expertise adquirida com os ensaiosrealizados com a biblioteca de shRNAs contra alvos epigenéticos serão de grande utilidade em futuras investigações para identificar genes com funções importantes na manutenção do fenótipo tumoral, e consequentemente com potencial para serem explorados terapeuticamente

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC), the most prevalent type of pancreatic cancer, is a highly aggressive and lethal neoplasm. There is a pressing need to identify vulnerabilities in PDAC suited to be exploited as therapeutic targets, and the use of preclinical models recapitulating the biological complexity and clinical heterogeneity of the disease is central to this task. Patient-derived tumor tissue xenografts (PDX), established in immunodeficient mice, replicate with great similarity the main characteristics of the original tumor and thus constitute a valuable tool for drug testing and functional studies. In this work, 17 surgical samples of human PDAC were implanted subcutaneously in athymic nude mice. Seven tumors (41%) were successfully grafted and have been maintained through successive generations of recipient animals. Histological examination of six of these xenografts identified morphological characteristics compatible with the recognized patterns of human PDAC, as well as a consistent similarity of their histological differentiation status in relation to the profiles verified in the original tumors. In vitro culture of cells derived from one of these xenografts resulted in a new pancreatic cancer cell line, with morphology and growth kinetics comparable to those of other pancreatic tumor cells. The tumorigenic potential of this freshly derived cell line was validated in vivo, with a consistent tumor formation following inoculation into nude mice. To take advantage ofthis resource to investigate potential therapeutic targets in PDAC, a screening of molecular vulnerabilities was performed through large-scale gene silencing with RNA interference (RNAi). A lentiviral library containing 4492 short hairpin RNAs (shRNAs), targeting about 350 genes involved in epigenetic regulation, was employed for the search of susceptibility genes in the PDX-derived cells and in other five pancreatic tumor cell lines (AsPC-1, BxPC -3, Capan-1, MIA PaCa-2 and PANC-1). Initially, a series of preliminary experiments were carried out aiming at the amplification and quality control of the silencing library, production of lentiviral vectors and adjustment of the experimental conditions for transduction and selection of the target cells. Only three of the cell lines evaluated (AsPC-1, MIA PaCa-2 and PANC-1) were permissible for transduction by the lentiviral vectors, and were accordingly used in the screening of epigenetic targets. The analysis of data obtained in this trial is ongoing and the results will be used for definition of potential candidate targets. In conclusion, valuable resources to support research on pancreatic cancer have been developed. The established collection of PDXs as well as the newly derived cell line constitutes a permanent and stable source of PDAC cells for molecular analyzes and functional studies seeking to elucidate aspects of this disease that are still poorly understood. Additionally, both the reagents generated and the expertise gained from the RNAi assay against epigenetic targets will have inordinate usefulness in future investigations to identify genes with major functions in maintaining the malignant phenotype, and consequently with the potential to be exploited therapeutically

Grandes alcances de los RNAs pequeños RNA de interferencia y microRNA / Great potential of small RNas: RNA interference and microRNA

Double-stranded RNA (dsRNA) induces a sequence-specific silencing in eukaryotic cells. This silencing process beggins when long dsRNA is cleaved to 21 to 26 long small RNA by means of the RNAse III-type enzyme Dicer. These small dsRNA are included into silencing effector complexes, that are targeted to complementary sequences. Small RNA dependent gene silencing can be achieved by distinct mechanisms based depending mainly on the nature of target sequences and on the proteins present in the effector complex. The route of interference RNA (RNAi) begins when Dicer yields small interference RNA (siR-NA) that bind to complementary mRNA for its degradation, forming the RISC complex. siRNA are naturally formed from transposons and dsRNA viruses during its replication, as well as from other bidirectional transcribed repetitive sequences. Some of the enzymes thar are part of the RNAi machinery, including Dicer, are encoded by multigene families in many species, that also play a role in other mechanisms of RND-dependent gene silencing. MicroRNA's (miRNA) are other small RNA's that can induce gene silencing at the mRNA level. These are formed in a general manner when Dicer process hairpin structures resulting from the transcription of non-coding sequences from plant and animal genomes. miRNA's are integrated into a RISC-like complex, after which, depending on their degree of complementarity with target mRNA, can either repress translation or induce mRNA degradation. miRNA-dependent silencing is essential for the development of multicellular organisms. Artificial RNAi induction by means of siRNA or miRNA is being used as a tool to inactivate gene expression in culture cells and in living organisms. This review focuses on the progress in the understanding of the mechanisms involved in gene regulation by RNA in animals and details some current efforts to apply theses phenomena as a tool in research and in the therapeutic of human diseases.

El RNA de doble cadena puede inducir un silenciamiento secuencia-específico en eucarionte. Este proceso de silenciamiento se inicia cuando el RNAdc largo es procesado a RNA pequeño de 21 a 26 nucleótidos mediante la enzima RNAsa III Dicer. Estos RNA pequeños se incorporan a complejos efectores de silenciamiento, que son guiados a secuencias complementarias blanco. Existen diferentes tipos de silenciamiento, cuyas diferencias se basan principalmente en la naturaleza de la secuencia blanco y en la composición proteica de los complejos efectores. La ruta del RNA de interferencia (RNAi) se inicia cuando Dicer genera pequeños RNA de interferencia (siRNA) que se unen por complementariedad al mRNA para su degradación, utilizando el complejo RISC. De manera natural, los siRNA se originan de transposones y virus que producen RNAdc durante su replicación, así como también de otras secuencias repetidas transcritas bidireccionalmente. Algunas de las enzimas que conforman la maquinaria del RNAi como Dicer, entre otras, son codificadas por familias multigénicas en varias especies y también participan en otros mecanismos de silenciamiento mediado por RNA. Los microRNA son otros RNA pequeños que pueden inducir silenciamiento al unirse al mRNA. Éstos se generan de manera general cuando Dicer procesa estructuras de horquilla compuestas de regiones no codificantes, en genomas de plantas y animales. Los miRNA se incorporan a un complejo similar a RISC y, dependiendo de su grado de complementariedad con el mRNA blanco, pueden tener represión traduccional o bien digerir el mRNA. El silenciamiento mediado por miRNA es esencial para el desarrollo de plantas y animales. La inducción artificial del RNAi mediante siRNA o miRNA ha sido adoptada como una herramienta para inactivar la expresión génica, tanto en células en cultivo como en organismos vivos. En esta revisión se muestra el gran progreso en el entendimiento de los mecanismos que participan en la regulación génica mediada por RNA en animales y detalla algunos esfuerzos actuales para encauzar a estos mecanismos como una herramienta en la investigación y como posible terapia en enfermedades.