Efectes de fàrmacs intercalants del DNA en l'Expressió Gènica a

Abstract

S'han estudiat els efectes de dos fàrmacs intercalants al DNA, Daunorubicina (usat com antitumoral) i Criptolepina (amb elevada citotoxicitat i usat com antimalàric), en el llevat "S.cerevisiae".<br/><br/>Ambdues molècules s'uneixen al DNA però amb diferent preferència de seqüència: mentre que la Daunorubicina reconeix preferentment regions 5'(A/T)CG3', la Criptolepina s'uneix a 5'GG3'. S'han descrit nombroses regions reguladores riques en aquest tipu de seqüències, pel que ambdós fàrmacs podrien competir amb factors de transcripció nuclears, modificant l'expressió gènica.<br/><br/>Els principals objectius del nostre estudi foren:<br/><br/>1.Determinar l'efecte citotòxic dels dos fàrmacs en diferents soques de <i>S.cerevisiae</i>: BY4741, BY4741-delta-erg6 (soca amb major permeabilitat de la membrana plasmàtica als fàrmacs), BY4741-delta-rad52 (soca amb un gen de la maquinària de reparació delecionat):<br/>- En primer lloc, s'analitzaren els efectes sobre el creixement cel·lular de les soques tractades amb diferents concentracions de cada molècula, tant amb glucosa com galactosa com a fonts de carboni. Els nostres resultats. Els nostres resultats demostren que la permeabilitat de la membrana és necessària per aconseguir la concentració de Daunorubicina que desencadena el seu efecte citotòxic. En canvi, la maquinària de reparació del dany al DNA pot ser una diana potencial de la Criptolepina.<br/><br/>- Mitjançant una anàlisi semiquantitativa de l'expressió d'alguns dels principals gens del metabolisme de la galactosa, es va observar un efecte diferencial dels fàrmacs, ja que el factor regulador dels gens de la galactosa presenta en la seva seqüència consens, la diana per a la Daunorubicina i no per a la Criptolepina. Aquest solapament de seqüència explica el patró repressor induït per la Daunorubicina, però no per a la Criptolepina, resultat que està d'acord amb el major efecte citotòxic de la Daunorubicina en cèl·lules crescudes en galactosa.<br/>2.Avaluar la resposta transcripcional a nivell global de cada intercalant en la soca BY4741-delta-erg6, utilitzant la glucosa com a font de carboni.<br/><br/>- Mitjançant l'ús de microarrays, es va identificar els perfils d'expressió gènica diferencial per a cadascun dels tractaments (Daunorubicina o Criptolepina), en funció de la concentració i del temps. A partir d'aquests experiments es va confirmar que l'efecte de la Daunorubicina sobre la transcripció és pronunciat, mentre que els canvis observats per a la criptolepina són lleus.<br/><br/>- A partir dels resultats obtinguts, es van classificar els gens en diferents categories funcionals i es varen validar els resultats obtinguts per RT-PCR a temps real. Es va observar que tot i que la Daunorubicina reprimeix l'expressió dels gens glicolítics, la criptolepina està associada principalment a la inducció dels gens de resposta a estrès. D'una manera menys significativa, la Criptolepina altera també la transcripció de gens implicats en el transport del ferro i de gens mitocondrials.<br/><br/>- Mitjançant un estudi in silico, es va confirmar que les variacions en els perfils d'expressió gènica es deuen a un efecte directe dels fàrmacs sobre els factors de transcripció que regulen aquests gens, degut a que competeixen per les mateixes dianes d'unió al DNA.<br/><br/>A partir de la identificació dels mecanismes d'acció de cada fàrmac en <i>S.cerevisiae</i>, els nostres resultats plantegen noves vies en el disseny de nous fàrmacs antitumorals i antiparasitaris.

The main objective of this thesis is to analyse the effects of two DNA interacting drugs, Daunorubicin (used as antitumoral) and Cryptolepine (with elevated cytotoxicity and used as an antimalarian) in Saccharomyces cerevisiae. Both drugs intercalate in CG rich regions, the preferent sequence for Daunorubicin being 5'(A/T)CG3' and for Cryptolepine being 5'GG3'. These sites are common in consensus sequences of transcription factors and the competition of drugs for those sites can alter gene expresion.<br/>First, we evaluated the effects in cellular proliferation in yeast strains of different genetic backgrounds (related to membrane permeability and DNA lesion repair), in glucose and galactose as carbon source. We observed that permeability of plasma membrane is necessary in order to reach a citotoxic concentration of Daunorubicin. On the other hand, the DNA repair machinery seems to be a potential target of Cryptolepine. <br/>By a semiquantitative analysis of expression of GAL genes, we observed a differential effect of both drugs. Daunorubicin caused a decrease in GAL genes expression while Cryptolepine did not. This can be due to the fact that the main regulatory protein of galactose metabolism has the preferent binding site for Daunorubicin in the consensus sequences.<br/>The effect of Daunorubicin and Cryptolepine on yeast transcriptome was studied in the most permeable yeast strain using glucose as carbon source. Using microarrays, we identified different gene expression patterns for each drug. Genome wide results were grouped into functional categories and confirmed by real time RT-PCR. We observed that Daunorubicin downregulates glycolytic genes and Cryptolepine induces a stress response and decreases the transcriptional levels of specific genes related to iron transport (siderophores) and mitochondrial genes. <br/>We used in silico assays to correlate the expression patterns induced by both drugs with a direct effect in the regulatory proteins involved in the transcription of these genes. Results confirm different action mechanisms for each intercalating drug tested. Daunorubicin may alter the regulatory complex Gcr1p-Gcr2p responsible of upregulation of glycolytic genes, and Cryptolepine may induce a pleiotropic effect.<br/>Overall, these results can raise new approaches in the development of new antitumour and antiparasit drugs.