Participación de p19INK4d en la inducción de senescencia genotóxica y replicativa

• Autores: Sonzogni, Silvina Verónica
• Año de publicación: 2012
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cánepa, Eduardo Tomás
• Materia: P19INK4D; CICLO CELULAR; SENESCENCIA GENOTOXICA; SENESCENCIA REPLICATIVA; HETEROCROMATINA; MANTENIMIENTO DE LA INTEGRIDAD GENOMICA; ATM/ATR; E2F; P19INK4D; CELL CYCLE; GENOTOXIC SENESCENCE; REPLICATIVE SENESCENCE; HETEROCHROMATIN; MAINTENANCE OF GENOME INTEGRITY; ATM/ATR; E2F
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

A lo largo de la evolución, los organismos con tejidos renovables han desarrollado mecanismos para prevenir la tumorigénesis. Entre ellos, podemos mencionar a la senescencia celular y a la apoptosis. La senescencia se caracteriza por el arresto permanente del ciclo celular en respuesta a insultos tanto endógenos como exógenos. En los últimos años se han estudiando las moléculas involucradas en la activación de este mecanismo, destacándose la participación de los inhibidores de quinasas dependientes de ciclinas (CKIs) p21Cip1, p16INK4a y p15INK4b. En nuestro laboratorio se ha demostrado que la proteína p19INK4d (p19), un miembro de la familia INK4 de CKIs, se induce significativamente en respuesta a diversos genotóxicos aumentando la eficiencia de la reparación del ADN. El daño al ADN es un agente causal común de la respuesta senescente, independientemente del estímulo que le da origen. Los efectos provocados por diferentes inductores, tales como las especies reactivas de oxigeno (considerablemente aumentadas a lo largo del envejecimiento), los agentes genotóxicos (frecuentemente empleados en quimioterapia) o la activación de oncogenes, culminan dañando al ADN y activando en consecuencia mecanismos de arresto del ciclo celular. El arresto es dependiente de factores que controlan la progresión del ciclo tales como p53 y pRb-p16. Si bien estos son lo principales efectores moleculares involucrados en la iniciación y mantenimiento del estado de senescencia, las proteínas que participan en los mecanismos que sostienen la irreversibilidad del arresto del ciclo no han sido aún identificadas. La proteína p19 desempeña un papel importante en la respuesta celular frente al daño al DNA, además de ser un inhibidor del ciclo celular en la fase G1. Estas propiedades la convierten en un factor con potencial para participar en la iniciación y/o mantenimiento del estado de senescencia. El objetivo general de este trabajo de investigación consiste en determinar la participación de p19 en la inducción y/o mantenimiento de la senescencia. En este trabajo demostramos por primera vez que p19 induce su expresión en respuesta a distintos tipos de senescencia. Dicha inducción va acompañada de un arresto irreversible del ciclo y se correlaciona con la aparición de distintos marcadores de senescencia. Entre ellos, el aumento en la expresión p16INK4a y p21. La inducción de estos dos genes se corresponde temporalmente con la de p19, lo que indica que p19 se induce tempranamente en respuesta a un estímulo que dispara la senescencia. Demostramos que hay una relación directa entre la inducción de p19 y el establecimiento de la senescencia, dado que modulando los niveles de p19 se observó una alteración en el arresto del ciclo y en la actividad β-galactosidasa asociada a senescencia. Se observó que la inducción de p19 esta regulada a nivel transcripcional. En senescencia genotóxica la inducción depende de E2F, sin embargo en senescencia fisiológica, pese a que hay un efecto inductor a nivel transcripcional, es independiente de este factor. La activación de p19 en senescencia está mediada por la vía de señalización relacionada a la respuesta general al daño, es decir la vía ATM/ATR--Chk1--p53. Por otro lado también se observó que p38 esta involucrada en la inducción de p19. En respuesta a un estímulo senescente, p19 se transloca al núcleo y se une fuertemente a la cromatina, particularmente a la fracción correspondiente a la heterocromatina. Cuando se analizaron los niveles de mRNA y proteína de p19 en diversos tejidos de ratones de distintas edades, se observó un aumento en los niveles de p19 directamente correlacionado a la edad de los ratones. Esto nos indica que la inducción de p19 no se limita solamente a los modelos de cultivos celulares utilizados, sino que también hay una correlación entre el aumento de expresión de p19 y el envejecimiento de un mamífero. Descifrar los mecanismos involucrados en senescencia así como identificar las proteínas que participan tanto en su inducción como en su mantenimiento en respuesta a diferentes insultos, resulta un gran desafío para el desarrollo de estrategias para combatir el cáncer y enfermedades asociadas al envejecimiento.
During evolution, organisms with renewable tissues have developed mechanisms to prevent tumorigenesis, including cellular senescence and apoptosis. Cellular senescence is characterized by a permanent cell cycle arrest triggered by endogenous as well as exogenous stress. Over the years, studies on the molecules involved in the activation of this mechanism have highlighted the role of the cyclin-dependent kinase inhibitors (CKIs) p21Cip1, p16INK4a and p15INK4b. In our laboratory, the p19INK4d protein, a member of the INK4 family of CKIs, has been shown to become significantly induced in response to various types of genotoxic stress and to stimulate DNA repair. DNA damage is a common trigger of cellular senescence, independently of the stimulus that originated it. As such, oxygen reactive species (significantly increased during aging), genotoxic drugs (frequently used in chemotherapy) or oncogene activation lead to DNA damage and consequently activate the cell cycle arrest machinery. The arrest requires factors that regulate cell cycle progression such as p53 and pRb-p16. Although these are the main molecular effectors involved in the initiation and maintenance of the senescent state, the proteins responsible for the irreversibility of the cell cycle arrest remain yet to be identified. The p19 protein plays an important role in the cellular DNA damage response, in addition to being a G1-phase cell cycle inhibitor. These attributes point to p19 as a potential factor involved in the initiation and/or maintenance of the senescent state. The aim of this thesis is therefore to examine the role of p19 in the induction and/or maintenance of cellular senescence. The data presented here shows for the first time that p19 expression is upregulated by different types of senescence. This induction is associated with an irreversible cell cycle arrest and correlates with the appearance of multiple markers of cellular senescence, including an increase in p16INK4a and p21 expression. The up regulation of these two genes temporarily correlates with that of p19, suggesting that p19 is early induced following stimuli that trigger the senescence program. Modulation of p19 levels affected cell cycle arrest and senescence-associated β-galactosidase activity, indicating a direct link between p19 induction and the establishment of cellular senescence. Although this induction occurs at the transcriptional level for both genotoxic-induced and physiological (replicative) senescence, it is mediated by distinct mechanisms, requiring the E2F transcription factors only in the first context. p19 activation during senescence is mediated by the canonical DNA damage signaling pathway ATM/ATR--Chk1--p53. Finally, p38 is also shown to be involved in p19 induction. Following a senescence-triggering stimulus, p19 translocates to the nucleus and tightly associates with chromatin, particularly the fraction corresponding to heterochromatin. Analysis of p19 mRNA and protein levels in several tissues from differently aged mice revealed an up regulation of p19 that correlates with age. This indicates that p19 induction is not limited to the cell culture models used and that there is a correlation between p19 expression and the aging of a mammal. To elucidate the mechanisms involved in senescence and to identify the proteins that mediate its induction as well as its maintenance constitute an important challenge for the development of therapeutic strategies aiming to overcome cancer and aging-associated diseases.
Fil: Sonzogni, Silvina Verónica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.