MPI: Alicia Bolt, PhD
Alicia Bolt, PhD, é professora assistente na Faculdade de Farmácia. O laboratório Bolt concentra-se na toxicologia de metais usando modelos in vitro e in vivo. Os atuais interesses de pesquisa do laboratório são determinar os mecanismos moleculares de como os metais ambientais podem avançar a progressão do tumor, visando o microambiente circundante do tumor e como as exposições de metais mistos levam à disfunção imunológica. O laboratório Bolt é altamente experiente no uso de modelos de diferenciação de células primárias e citometria de fluxo multiparâmetro como ferramentas para caracterizar a toxicidade induzida por metal e estados de doença.
Resumo do Projeto
O tungstênio é um tóxico emergente, devido ao aumento da exposição humana, mas com conhecimento limitado dos riscos à saúde humana. Uma grande lacuna na pesquisa é a nossa falta de conhecimento dos riscos cancerígenos / tumorigênicos da exposição ao tungstênio. É importante ressaltar que alguns estudos in vivo sugerem que o tungstênio pode aumentar a promoção do tumor. No entanto, mais pesquisas são necessárias para determinar quais formas e rotas de exposição do tungstênio podem conduzir a tumorigênese e os mecanismos celulares / moleculares de ação subjacentes. Uma exposição acidental de pacientes com câncer de mama ao tungstênio após a radioterapia experimental nos levou a investigar o papel do tungstênio na progressão e metástase do câncer de mama, conduzindo um estudo em animais usando um modelo agressivo de camundongo com câncer mamário ortotópico. A exposição oral ao tungstato aumentou a metástase do câncer de mama para o pulmão e aumentou o crescimento no local metastático. Curiosamente, a metástase intensificada por tungstênio foi associada ao estroma intensificado no microambiente tumoral, principalmente, fibroblastos associados ao câncer (CAFs) que são conhecidos por conduzir a progressão do tumor. Nossa pesquisa identificou, pela primeira vez, um potencial mecanismo de ação celular para a promoção de tumor intensificada por tungstênio. No entanto, o papel que os CAFs desempenham neste complexo processo ainda precisa ser elucidado. Esta proposta usará uma abordagem inovadora e integrativa para investigar quando e como o tungstênio atinge o microambiente tumoral para promover o câncer de mama. AIM 1 irei avaliar como diferentes formas de tungstênio (tungstato oral, carboneto de tungstênio inalado e fragmentos de metal de tungstênio de implantação) têm como alvo o microambiente do tumor para afetar a progressão do câncer de mama da iniciação à metástase. Estenderei minhas descobertas iniciais para determinar como diferentes formas de tungstênio alteram o desenvolvimento, o crescimento e a metástase do câncer de mama em vários locais, incluindo pulmão, fígado, ossos e cérebro. AIM 2, medirei a ativação do CAF após a exposição ao tungstênio in vitro. Eu irei abordar as seguintes questões. O tungstênio pode aumentar a ativação do CAF a partir de precursores do estroma? Os CAFs expostos ao tungstênio aumentam a invasão de células tumorais, o crescimento e o recrutamento de células imunológicas? E o tungstênio altera as pistas das células tumorais para aumentar a ativação e / ou recrutamento do CAF? Finalmente, no AIM 3, testarei o impacto dos CAFs alterados por tungstênio para aumentar a metástase em um modelo in vivo. Determinarei se CAFs alterados por tungstênio promovem metástase e crescimento no nicho pulmonar respondendo às seguintes perguntas. Qual é a fonte de CAFs intensificados por tungstênio no nicho pulmonar? Os CAFs do nicho pulmonar de camundongos com tumor expostos a tungstênio têm um perfil de citocinas / quimiocinas alterado? E os CAFs são mediadores críticos de metástases pulmonares intensificadas por tungstênio? A conclusão desta proposta irá estender nosso conhecimento toxicológico de tungstênio para determinar como diferentes formas de tungstênio impactam a progressão do câncer de mama e definir o papel do microambiente tumoral, particularmente CAFs na tumorigênese mamária intensificada por tungstênio.
MPI: Xixi Zhou, PhD
Xixi Zhou, PhD, é professora assistente na Faculdade de Farmácia. O laboratório de Zhou está interessado principalmente em 1) o mecanismo molecular da toxicologia e carcinogênese induzida por arsenito, 2) o envolvimento do estresse oxidativo / nitrosativo e oxidação / nitrosação de proteínas no desenvolvimento do câncer e 3) análises proteômicas baseadas em espectrometria de massa (MS) para interações metal-proteína.
Resumo do Projeto
O arsênico é um fator importante para o aumento do risco de vários problemas de saúde humana, incluindo câncer de fígado, trato urinário, pele e pulmão, entre os quais o câncer de pulmão é a principal causa de mortalidade por câncer. Trióxido de arsênio particulado (pATO) é freqüentemente observado como um componente de material particulado ambiente (PM), especificamente em poeira proveniente de locais de minas superficiais não remediados e pilhas de rejeitos, ambos comuns no sudoeste dos EUA. A ingestão de arsenito solúvel e a inalação de pATO de baixa solubilidade levam a um risco aumentado de desenvolvimento de câncer de pulmão. Embora a inalação de pATO seja uma via de exposição mais relevante para a carcinogênese pulmonar, existem poucos estudos investigando o impacto biológico do pATO. Além disso, os mecanismos moleculares subjacentes da carcinogênese pulmonar induzida por arsênio permanecem desconhecidos. Estudos anteriores explorando as propriedades carcinogênicas do arsênio solúvel podem subestimar significativamente os riscos à saúde humana associados à inalação de pATO. O objetivo de longo prazo deste trabalho é fornecer informações quantitativas para avaliação de risco e para facilitar a prevenção dos efeitos adversos à saúde do arsênio particulado inalado em populações humanas. O objetivo da presente proposta é elucidar os mecanismos carcinogênicos da exposição ao pATO. Nossos resultados preliminares revelam que, na mesma concentração, o pATO gera significativamente mais espécies reativas de oxigênio (ROS) e produz danos ao DNA maiores do que o arsênio solúvel. Assim, hipotetizamos que o arsênio particulado tem maior potencial para incitar a carcinogênese pulmonar do que o arsênio solúvel por meio dos efeitos combinados do estresse oxidativo; Danos ao DNA e inibição do reparo do DNA. Além disso, nossos resultados preliminares confirmam, pela primeira vez, que a exposição ao arsênio em um nível ambientalmente relevante é suficiente para gerar um espectro único de mutações somáticas no genoma. A presente proposta visa analisar assinaturas mutacionais decorrentes da exposição ao pATO como a leitura de processos mutacionais e subsequentes processos de reparo operatório. Para tanto, propomos os seguintes objetivos específicos: Objetivo 1: Avaliar a maior potência do pATO em termos de indução de ROS e dano oxidativo ao DNA. Objetivo 2: Analisar assinaturas mutacionais de exposição a pATO e mecanismos de reparo de DNA, incluindo alterações na especificidade da sequência de ligação ao DNA de proteínas de reparo de DNA, como PARP-1. Objetivo 3: Avaliar a transformação e o efeito de mutagenicidade da exposição crônica a partículas de arsênio em células epiteliais do pulmão usando sequenciamento de exoma completo (WES) para identificar mutações e deleções em genes que codificam proteínas associadas à transformação. A conclusão bem-sucedida desses objetivos melhorará nosso conhecimento científico da carcinogênese pulmonar induzida por arsênio particulado, identificando assinaturas mutacionais específicas de células e suas causas, incluindo ações sinérgicas de estresse oxidativo, dano ao DNA e inibição do reparo do DNA.
MPI: Xiang Xue, PhD
Xiang Xue, PhD, é professor assistente no Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular. Seu laboratório se concentra no estudo dos mecanismos moleculares da doença inflamatória intestinal (DII) e do câncer colorretal (CRC). Ele utiliza linhas celulares e culturas enteróides, modelos de camundongos, tecidos de pacientes e uma ampla gama de metodologias moleculares e bioquímicas. Os objetivos de longo prazo de sua pesquisa são entender como os micronutrientes, particularmente o ferro, interagem com os macronutrientes e as células intestinais e alavancar esse conhecimento para desenvolver novas terapêuticas para tratar a colite e o câncer colorretal sem alterar a homeostase sistêmica dos nutrientes.
Resumo do Projeto
O câncer colorretal (CRC) é a terceira principal causa de morte relacionada ao câncer nos EUA. Compreender os mecanismos de desenvolvimento do CCR é essencial para melhorar o tratamento. O aumento do ferro nos tecidos em camundongos e humanos está associado ao aumento da tumorigênese do cólon. No entanto, os mecanismos precisos de como o ferro contribui para a carcinogênese do cólon ainda não estão claros. As diferenças metabólicas entre as células normais e cancerosas estão sendo questionadas para descobrir novas abordagens terapêuticas em potencial. Muitas células tumorais apresentam aumento do consumo de glicose, metabolismo da glutamina e síntese de nucleotídeos. Esta proposta testará a hipótese central de que a reprogramação metabólica celular impulsionada pelo ferro promove a síntese de DNA e a tumorigênese do cólon. Esta hipótese é baseada em: 1) aumento do suplemento de ferro, enquanto a quelação do ferro pela deferoxamina (DFO) inibe o crescimento e a proliferação celular de colonóides CRC derivados do paciente; 2) o tratamento de camundongos com dieta rica em ferro aumenta, enquanto a dieta pobre em ferro diminui a multiplicidade, incidência e progressão do tumor de cólon; 3) a análise metabolômica revela que o excesso de ferro impacta a síntese de nucleotídeos estimulada pela glicose, promovendo “efeito semelhante ao de Warburg” independente da hipóxia e alimentando a via da pentose fosfato nos colonóides; 4) a restrição de ferro por DFO leva ao acúmulo de glutamina e redução de metabólitos nas vias de biossíntese de nucleotídeos em colonoides. Com base nessas observações, a proposta testará os seguintes três Objetivos Específicos: 1) Definir o mecanismo pelo qual o excesso de ferro afeta a biossíntese de DNA estimulada por glicose no CRC; 2) Estudar o impacto da restrição de ferro na síntese de nucleotídeos dependente de glutamina no CRC; 3) Caracterizar o papel de uma DNA polimerase no metabolismo de nucleotídeos regulado por ferro e CRC. Utilizaremos cultura de colonoides derivados de pacientes com CRC de alta relevância clínica, análise metabolômica e vários modelos animais. A realização dos objetivos acima irá fornecer mecanismos moleculares precisos de como as células tumorais são adaptadas ao sinal de ferro para sintetizar nucleotídeos para facilitar a proliferação tumoral. Esses estudos preencherão nossa lacuna de conhecimento sobre como o ferro regula o crescimento e a progressão do CRC.
MPI: Rama Gullapalli, MD, PhD
O Dr. Gullapalli é professor assistente nos departamentos de Patologia e Engenharia Química e Nuclear da Universidade do Novo México (UNM). O laboratório Gullapalli tem grande interesse na convergência de tecnologias emergentes com a prática clínica e patológica tradicional no domínio da genômica clínica e bioinformática. O laboratório está atualmente focado em duas áreas de pesquisa 1) Biologia básica do câncer de câncer hepatobiliar usando técnicas de alto rendimento de sequenciamento de última geração e 2) Desenvolvimento de técnicas não invasivas de alta sensibilidade para captura e análise de DNA circulante em pacientes com câncer hepatobiliar. O laboratório Gullapalli usa uma ampla variedade de técnicas, como sequenciamento de alto rendimento, bioinformática, biologia molecular, síntese de nanopartículas e biologia de sistemas para compreender os mecanismos subjacentes que conduzem os cânceres hepatobiliares.
Resumo do Projeto
O câncer de vesícula biliar (GBC) é a quinta doença maligna mais comum do trato gastrointestinal e a mais comum na árvore biliar humana. Aproximadamente 4,000-5,000 novos casos de GBC são diagnosticados nos Estados Unidos anualmente. Os resultados de sobrevivência são desanimadores, com apenas 8% de taxa de sobrevivência em 5 anos, tornando-o um dos cânceres mais mortais. O GBC tem um padrão de incidência geográfica distinto com pontos de acesso globais. Esses pontos de acesso incluem países como Chile, Bolívia, Índia e o estado do Novo México (NM) nos Estados Unidos. A incidência de GBC é anormalmente alta entre os nativos americanos “minoritários” (5-8 vezes maior) e hispânicos (2-4 vezes maior) em comparação com os caucasianos que vivem no Novo México. As razões subjacentes às disparidades de incidência de GBC em NM são desconhecidas e existem lacunas críticas em nossa compreensão da carcinogênese da vesícula biliar. Postulamos que a exposição ambiental a metais pesados é o principal fator de risco responsável pelas disparidades de GBC vistas entre as minorias do NM. O sudoeste dos Estados Unidos (NM, AZ, UT e NV) tem um longo legado ambiental de minas de metais pesados abandonadas. Essas minas são normalmente encontradas nas proximidades de um número significativo de comunidades nativas americanas e hispânicas em desvantagem socioeconômica de NM. Para provar nossa hipótese de GBC, propomos o uso de linhagens de células epiteliais da vesícula biliar derivadas de pacientes do Novo México nesta proposta. O objetivo 1 usará amostras de vesícula biliar pós-cirúrgica para determinar as paisagens mutacionais somáticas e os principais impulsionadores moleculares do GBC de uma forma dependente de etnia e gênero. O objetivo 2 determinará o impacto das exposições de dois metais importantes no Novo México, urânio e cádmio, na desregulação da sinalização de células fosfoproteômicas GB. Em particular, vamos nos concentrar no papel das alterações das vias de sinalização de PI3K-Akt e MAPK conduzidas pela exposição a metais. O objetivo 3 determinará os efeitos da exposição ao cádmio e ao urânio na ruptura da barreira epitelial da vesícula biliar e na cicatrização de feridas como uma explicação mecanicista das disparidades de GBC vistas no NM. O objetivo 3 irá confirmar, pela primeira vez, o papel da ruptura induzida por metal da barreira epitelial GB causando inflamação transmural crônica que é um pré-requisito bem conhecido da carcinogênese da vesícula biliar. Nosso objetivo de longo prazo é compreender os mecanismos moleculares da carcinogênese da vesícula biliar usando abordagens inovadoras de bioinformática de alto rendimento. Esta proposta de ciência básica informa profundamente as iniciativas clínicas translacionais atualmente em andamento em nosso laboratório. Finalmente, esta proposta também fornecerá uma base científica sólida para permitir medidas preventivas de triagem com base na população para aliviar as disparidades de GBC observadas nas comunidades nativas americanas e hispânicas do Novo México.