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Thèse de Doctorat
DOI
Document
Auteur
Nom complet
Gustavo Satoru Kajitani
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2019
Directeur
Jury
Menck, Carlos Frederico Martins (Président)
Carramaschi, Lygia da Veiga Pereira
Forti, Fábio Luís
Mori, Marcelo Alves da Silva
Pierulivo, Enrique Mario Boccardo
Pinto, Nadja Cristhina de Souza
Titre en portugais
In vivo effects of DNA lesions in Nucleotide Excision Repair deficient mice
Mots-clés en portugais
Danos no DNA
Inflamação
Morte Celular
Proliferação Celular
Reparo por excisão de nucleotídeos
Resumé en portugais
A molécula de DNA, responsável por carregar informações genéticas, está sob constante estresse químico e físico, proveniente de fontes endógenas e exógenas, que pode levar à formação de lesões no DNA. Para lidar com esses danos, células dispõem de mecanismos de reparo, sendo as lesões que distorcem a molécula de DNA reparadas pela via de Reparo por Excisão de Nucleotídeos (NER). Deficiências em genes da via NER podem levar à doenças humanas, como o Xeroderma Pigmentosum (XP) e a Síndrome de Cockayne (CS), caracterizadas principalmente por um grande aumento na incidência de câncer de pele e por neurodegeneração relacionada à um fenótipo de envelhecimento precoce, respectivamente. Para melhor compreendermos dessas doenças, assim como os efeitos sistêmicos das lesões de DNA relacionadas à via NER, são utilizados modelos de camundongos nocaute (KO), assim como fontes exógenas geradoras de danos no DNA, como a radiação ultravioleta (UVR). Neste trabalho, usamos dois modelos deficientes em NER para estudar os efeitos in vivo de lesões relacionadas à via NER, sendo o primeiro um modelo que mimetiza XP e o segundo CS. No primeiro modelo, XPA KO, estudamos o efeito das principais lesões geradas por UVR, os dímeros de pirimidina ciclobutano (CPDs) e os pirimidina (6-4) pirimidona fotoprodutos (6-4PPs) em queratinócitos. Para tanto, utilizamos fotoliases, enzimas capazes de reparar especificamente ou lesões do tipo CPD (CPD-phl) ou 6-4PP (6-4PP-phl). Observamos que em camundongos XPA KO, a remoção de CPDs foi capaz de inibir completamente a proliferação de células epidermais induzidas por UVR, enquanto a remoção de 6-4PPs reduziu, porém não impediu esse efeito. A remoção de lesões do tipo CPD ou 6-4PP foi capaz de diminuir os efeitos de morte celular e extravasamento de leucócitos na pele induzida por UVR em níveis similares, indicando que CPDs têm um maior impacto que 6-4PP sobre o efeito de hiperplasia, enquanto ambos tipos de lesão possuem efeitos similares na indução de apoptose e inflamação por UVR em camundongos XPA KO, tendo os queratinócitos um papel central na regulação desses efeitos. No segundo modelo, estudamos os efeitos de lesões relacionadas ao envelhecimento em camundongos duplo nocaute para os genes CSA/XPA (CX), previamente descrito como tendo morte prematura e neurodegeneração. Apesar de termos encontrado evidências de falhas na barreira hematoencefálica (BBB) nesses animais, não encontramos indícios de disfunção nas células endoteliais. Descobrimos, no entanto, um aumento significativo de marcadores de neuroinflamação, assim como ativação de astrócitos e microglia, os dois principais tipos celulares relacionados à ativação de inflamação no cérebro, indicando que a neuroinflamação pode estar relacionada à neurodegeneração e defeitos da BBB encontrados neste modelo. As descobertas nesses modelos deficientes em NER podem ajudar a elucidar o papel in vivo das lesões de DNA em relação à resposta de morte e proliferação celular, assim como demonstra novos impactos da DDR sobre a indução de inflamação, com esses efeitos tendo implicações na etiologia de XP e CS, assim como fenômenos associados a danos no DNA como câncer e envelhecimento.
Titre en anglais
In vivo effects of Nucleotide Excision Repair related DNA lesions
Mots-clés en anglais
Cell death
Cell proliferation
DNA damage
Inflammation
Nucleotide Excision Repair
Resumé en anglais
The DNA molecule, responsible for carrying genetic information, is under constant chemical and physical stress, both by endogenous and exogenous sources, which may lead to the formation of DNA lesions. These damages are dealt with using several different DNA repair mechanisms, with lesions that distort the DNA molecule are repaired by the Nucleotide Excision Repair (NER) pathway. Deficiencies in the genes related to NER may lead to human syndromes, such as Xeroderma Pigmentosum (XP) and Cockayne Syndrome (CS), characterized mainly by a severely increased skin cancer incidence and premature aging like (progeroid) neurodegeneration, respectively. In order to further study these diseases, as well as the role of NER-related DNA lesions in generating cellular and systemic effects, knockout (KO) mice models are often used, as well as exogenous DNA damaging sources, such as ultraviolet radiation (UVR). In this work, we used two NER deficient models to study in vivo effects of NER-related lesions, the first KO model mimicking XP and the second one CS. In the first model, we studied the effect of the main UVR generated photolesions, cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs) and pyrimidine (6-4) pyrimidone photoproducts (6-4PPs) on keratinocytes, one of the main cell types in the epidermis. In order to study the effect of each lesions, we used photolyases, enzymes that specifically repair either CPD (CPD-phl) or 6-4PP (6-4PP-phl) lesions. We observed that in XPA KO mice, CPD removal in keratinocytes was able to completely inhibit UV induced epidermal cell proliferation and hyperplasia, while the removal of 6-4PPs in keratinocytes reduced, but not abolished these effects. The removal of either CPDs or 6-4PPs in keratinocytes was able to reduce UV induced cell death and leukocyte extravasation on similar levels, indicating that CPDs have a greater impact than 6-4PPs regarding the hyperplasia effect of UV irradiation, and that both types of DNA lesions have similar effects on promoting apoptosis and inflammation in XPA KO mice, with keratinocytes having a central role in regulating these effects. In the second model, we studied the effect of aging related lesions on CSA/XPA double knockout (CX) mice, previously established as exhibiting premature death and neurodegeneration. Although we found evidence of blood brain barrier (BBB) defects in CX mice, we did not find cell autonomous vascular dysfunction. However, we discovered a significant increase of neuroinflammation markers, as well as activation of astrocytes and microglia, the two main endogenous inflammation related cell types of the brain, which indicates that neuroinflammation could play a role in the neurodegenerative and BBB phenotype observed in this model. The findings in these two NER deficient models help elucidate the in vivo role of DNA lesions regarding cell death and proliferation response, as well demonstrating novel impacts of DDR on inflammation induction, with these effects having implications on the etiology of XP and CS, as well as DNA damage associated biological phenomena such as cancer and aging.
 
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Date de Libération
2021-10-07
Date de Publication
2019-11-21
 
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