Melanoma is ranked as the 16th most frequent cancer in men and 18th in women; skin cancer is the most common form of cancer in the United States and melanoma is responsible for the most skin cancer deaths with over 9,000 each year. Sun exposure has been identified in many epidemiological studies as the main environmental cause of melanoma: in the United States more than 90% of melanoma cases are attributed to skin cell damage from ultraviolet (UV) radiation exposure. Even if melanoma most commonly arises from melanocytes present in cutaneous primary locations (cutaneous melanoma), it can occasionally arise from melanocytes located within the mucosal surfaces of the body (mucosal melanoma). This thesis focuses on the latter, in particular on the primary melanoma of the lower genital tract: a rare melanoma subtype that differs from the cutaneous form in its biology, clinical manifestations and management. This project is a multidisciplinary, collaborative work involving CNAO Foundation (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) and the Plant Biotechnology Laboratory-Dept. Biology and Biotechnology (University of Pavia). The experimental activity carried out at the Laboratory of Radiobiology (CNAO Foundation), aims to investigate and characterize the behaviour, in terms of melanin production, of the Vaginal Mucosal Melanoma Cell Lines (HMV-II). Following exposure to both photons and Carbon ions, increasingly precise irradiation protocols were developed. The ultimate goal was to compare the effectiveness of conventional radiotherapy (X-rays) with the more innovative hadron therapy that employs subatomic particles called hadrons. Ionizing radiations induce a massive cell damage in the irradiated cell and genome sequences revealed that, although plants possess many of the DNA damage response factors that are present in the animal systems, the sedentary nature and plasticity of plants put different accents on DNA stress checkpoint mechanisms that arrest the cell cycle and activate the DNA repair machinery. In particular the WEE1-like protein is a highly conserved kinase in both plants and animals. Gene expression profiling of various tumors revealed that it is overexpressed in malignant melanomas, fact that underlies its function as tumor promoter and as epigenetic modifier. In addition to conventional therapies that use inhibitory drugs and conditional synthetic lethality, therapeutic approaches that use miRNAs represent a valid alternative to inhibit WEE1; in particular reporter gene assays demonstrated that WEE1 is a specific and direct target of a human miRNA, miR-195 in melanoma samples. So the second research line is a bioinformatics investigation that aims to reconstruct an evolutionary picture of the control mechanisms of WEE1 gene that includes both the plant and animal kingdom. With these two perspectives, this work has tried to unit two apparently very different worlds, the animal and plant kingdom, which behind the complexity and while always maintaining their uniqueness, hide common features and share very similar evolutionary mechanisms.
Il melanoma è classificato come la 16° tipologia di cancro più frequente negli uomini e la 18° nelle donne; negli Stati Uniti il tumore della pelle è la forma più comune di cancro, e fra questi il melanoma è responsabile di oltre 9,000 decessi ogni anno. In molti studi epidemiologici l’esposizione ai raggi solari è stata identificata come la principale causa ambientale di melanoma: negli Stati Uniti oltre il 90% di casi di melanoma sono attribuiti a danni recati a cellule epidermiche a seguito dell’esposizione a radiazioni ultraviolette (UV). Nonostante la forma più comune di melanoma origini da melanociti presenti nelle sedi cutanee primarie (melanoma cutaneo), occasionalmente esso può sorgere anche da melanociti localizzati all’interno delle superfici mucose corporee (melanoma mucoso). Proprio su quest’ultima tipologia si focalizza questo lavoro di tesi, occupandosi in particolare del melanoma primario del tratto genitale femminile: un raro sottotipo di melanoma che differisce da quello cutaneo nella sua biologia, manifestazione clinica e terapia. Questo progetto è un lavoro multidisciplinare di collaborazione che coinvolge la Fondazione CNAO (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) e il Laboratorio di Biotecnologie Vegetali- Dipartimento di Biologia e Biotecnologie (Università di Pavia). L’attività sperimentale affrontata presso il Laboratorio di Radiobiologia (Fondazione CNAO), si propone di investigare e caratterizzare il comportamento in termini di produzione di melanina, della linea cellulari di melanoma mucoso vaginale HMV-II. A seguito dell’esposizione sia a fotoni che a ioni Carbonio, sono stati sviluppati protocolli di irraggiamento sempre più precisi e mirati. L’obiettivo finale, infatti, è stato quello di comparare l’efficacia della radioterapia convenzionale (X-rays) con la più innovativa adroterapia, che si serve di particelle subatomiche chiamate adroni. Le radiazioni ionizzanti inducono un massivo danno cellulare nelle cellule irraggiate e le analisi di sequenze genomiche rivelano che, anche se le piante possiedono molti meccanismi di riparo al DNA comuni al mondo animale, la loro natura sedentaria e la loro plasticità le rendono uniche nelle strategie di arresto del ciclo cellulare e attivazione del macchinario per la riparazione del danno. In particolare la proteina nucleare WEE1 è una chinasi altamente conservata sia nel regno animale che vegetale. I profili di espressione genica di svariati tumori hanno dimostrato che essa è sovra-espressa nei melanomi maligni, fatto che sottolinea la sua attività nella promozione dell’avanzamento del tumore e come modificatore epigenetico. Oltre alle terapie convenzionali che sfruttano farmaci inibitori e la letalità sintetica, nuovi approcci terapeutici che utilizzano microRNAs rappresentano una valida alternativa per inibire la WEE1; analisi del gene reporter hanno dimostrato che nei campioni di melanoma la WEE1 è target specifico e diretto di un miRNA umano: miR-195. Da qui si lega la seconda linea di ricerca, ovvero un’indagine bioinformatica che si propone di ricostruire un quadro evolutivo dei meccanismi di controllo del gene WEE1 che include sia il mondo animale che vegetale. Con queste due prospettive, questa tesi ha cercato di unire due mondi apparentemente molto diversi, il mondo animale e quello vegetale, che dietro la loro complessità e sempre nel rispetto della loro unicità, nascondono caratteristiche comuni e condividono meccanismi evolutivi molto simili.
Risposta delle linee cellulari di melanoma mucoso vaginale (HMV-II) alla radioterapia convenzionale e all'adroterapia: uno studio cellulare e bioinformatico integrato
GATTI, CAMILLA
2019/2020
Abstract
Melanoma is ranked as the 16th most frequent cancer in men and 18th in women; skin cancer is the most common form of cancer in the United States and melanoma is responsible for the most skin cancer deaths with over 9,000 each year. Sun exposure has been identified in many epidemiological studies as the main environmental cause of melanoma: in the United States more than 90% of melanoma cases are attributed to skin cell damage from ultraviolet (UV) radiation exposure. Even if melanoma most commonly arises from melanocytes present in cutaneous primary locations (cutaneous melanoma), it can occasionally arise from melanocytes located within the mucosal surfaces of the body (mucosal melanoma). This thesis focuses on the latter, in particular on the primary melanoma of the lower genital tract: a rare melanoma subtype that differs from the cutaneous form in its biology, clinical manifestations and management. This project is a multidisciplinary, collaborative work involving CNAO Foundation (Centro Nazionale di Adroterapia Oncologica) and the Plant Biotechnology Laboratory-Dept. Biology and Biotechnology (University of Pavia). The experimental activity carried out at the Laboratory of Radiobiology (CNAO Foundation), aims to investigate and characterize the behaviour, in terms of melanin production, of the Vaginal Mucosal Melanoma Cell Lines (HMV-II). Following exposure to both photons and Carbon ions, increasingly precise irradiation protocols were developed. The ultimate goal was to compare the effectiveness of conventional radiotherapy (X-rays) with the more innovative hadron therapy that employs subatomic particles called hadrons. Ionizing radiations induce a massive cell damage in the irradiated cell and genome sequences revealed that, although plants possess many of the DNA damage response factors that are present in the animal systems, the sedentary nature and plasticity of plants put different accents on DNA stress checkpoint mechanisms that arrest the cell cycle and activate the DNA repair machinery. In particular the WEE1-like protein is a highly conserved kinase in both plants and animals. Gene expression profiling of various tumors revealed that it is overexpressed in malignant melanomas, fact that underlies its function as tumor promoter and as epigenetic modifier. In addition to conventional therapies that use inhibitory drugs and conditional synthetic lethality, therapeutic approaches that use miRNAs represent a valid alternative to inhibit WEE1; in particular reporter gene assays demonstrated that WEE1 is a specific and direct target of a human miRNA, miR-195 in melanoma samples. So the second research line is a bioinformatics investigation that aims to reconstruct an evolutionary picture of the control mechanisms of WEE1 gene that includes both the plant and animal kingdom. With these two perspectives, this work has tried to unit two apparently very different worlds, the animal and plant kingdom, which behind the complexity and while always maintaining their uniqueness, hide common features and share very similar evolutionary mechanisms.È consentito all'utente scaricare e condividere i documenti disponibili a testo pieno in UNITESI UNIPV nel rispetto della licenza Creative Commons del tipo CC BY NC ND.
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https://hdl.handle.net/20.500.14239/12715