Globin synthesis evaluation after overexpression of phosphatidylinositol-4-phosphate-5-kinase-II-alpha gene ('PIP4K2A')

Orientadores: Susan Elisabeth Domingues Costa Jorge, Maria de Fátima Sonati Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciências Médicas Resumo: As osfatidilinositol-fosfato-quinases (PIPKins) são enzimas responsáveis pela fosforilação do anel de fosfatidilinositol, cujo produto gerado são sete diferentes tipos de segundos mensageiros, dentre eles o fosfatidilinositol-4,5-bifosfato, responsável pela regulação de diversas atividades celulares. As PIPKins são divididas em três tipos (I, II e III) com diferentes isoformas (a, b e g). Em estudo anterior, encontrou-se que os genes da enzima fosfatidilinositol-4-fosfato-5-quinase-II-alfa (PIPKIIa) e da globina beta estavam diferencialmente expressos em dois pacientes, irmãos, com o mesmo genótipo da Doença da Hemoglobina H, sendo a maior expressão observada no paciente com maiores níveis da hemoglobina anômala. Análises em cultura de células precursoras eritroides humanas (CD34+) reveleram que o aumento de expressão do gene da enzima fosfatidilinositol-4-fosfato-5-quinase-II-alfa (PIPKIIa) durante a diferenciação/maturação celular, coincide com o perfil de expressão dos genes de globinas. O papel das PIPKins no processo hematopoiético, entretanto, tem sido pouco explorado, a despeito da PIPKIIa ser abundantemente encontrada nos eritrócitos. O objetivo deste estudo foi superexpressar o gene ("PIP4K2A") da enzima PIPKIIa através do sistema de reedição genômica CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats), em cultura de células eritroleucêmicas KU812 e avaliar a expressão das globinas alfa, beta e gama. Foi também avaliada a expressão das demais subfamílias de PIPKins. Para validação, foi utilizado o substrato sintético PI5P ¿ alvo da fosforilação da enzima PIPKIIa. Os resultados após a ativação gênica sugerem que houve tendência ao aumento da expressão de globinas, resultados corroborados a nível proteico, com grau de significância para as globinas beta. Houve, ainda, regulação positiva da enzima PIPKIII. A validação revelou redução na expressão dos genes da fosfatidilinositol-4-fosfato-5-quinase-II-alfa ("PIP4K2A"), fosfatidilinositol-5-fosfato-4-quinase-I-alfa ("PIP5K1A") e fosfatidilinositol-4-fosfato-5-quinase-II-beta ("PIP4K2B") com concomitante aumento da síntese de globinas alfa e gama e diminuição das globinas beta. Estes achados suportam a hipótese de relação entre as enzimas PIPKins e os genes de globinas, particularmente entre a PIPKIIa e o gene da globina beta. Sugerem, ainda, possível envolvimento das outras subfamílias de PIPKins na produção de globinas Abstract: Phosphatidylinositol-phosphate-kinases (PIPKins) are enzymes responsible for phosphorylation of the phosphatidylinositol ring, whose product is generated by seven different types of second messengers, among them the phosphatidylinositol-4.5-biphosphate, responsible for the regulation of several cellular activities. PIPKins are divided into three types (I, II and III) with different isoforms (a, b and g ). In a previous study, it was found that the phosphatidylinositol-4-phosphate-5-kinase-II-alpha (PIPKIIa) and beta globin genes were differentially expressed in two patients, siblings, with the same genotype for Hemoglobin H Disease, whose the largest expression was observed in the patient with higher levels of the abnormal hemoglobin. Culture analyses of human erythroid precursor cells (CD34+) revealed that the increased expression of the phosphatidylinositol-4-phosphate-5-kinase-II-alpha (PIPKIIa) gene during cell differentiation/maturation coincides with the expression profile of globin genes. The role of PIPKins in the hematopoietic process, however, has been little explored, despite PIP4KIIs being abundantly found in red blood cells. The aim of this study was to overexpress the gene (PIP4K2A) of the PIPKIIa enzyme through the CRISPR (Clustered regularly interspaced short palindromic repeats) genomic re-edition system in erythroleukemic cell culture KU812 and to evaluate the expression of globins. The expression of the other subfamilies of PIPKins was also evaluated. For validation, the synthetic substrate PI5P - the target of PIPKIIa enzyme phosphorylation - was used. The results of gene activation suggest that there was a tendency of increasing expression of globins, results corroborated at the protein level, with a degree of significance for beta globins. There was also a positive regulation of PIPKIII enzyme. The validation revealed a reduction in the expression of phosphatidylinositol-4-phosphate-5-kinase-II-alpha (PIP4K2A), phosphatidylinositol-5-phosphate-4-kinase-I-alpha (PIP5K1A) and phosphatidylinositol-4-phosphate-5-kinase-II-beta (PIP4K2B) genes with a concomitant increase in globins alpha and gamma synthesis and decrease in beta globins. These findings support the hypothesis of the relationship between PIPKins enzymes and globin genes, particularly between PIPKIIa and beta globin gene. They also suggest the possible involvement of the other PIPKins subfamilies in globin production Mestrado Patologia Clínica Mestra em Ciências CAPES 88882.434959/2019-01 FAPESP 2014/00984-3