Perfil de metilação global de DNA em células MCF-7 e MCF-10A após exposição transiente de nanopartículas de maghemita funcionalizadas com citrato

Abstract

Introdução: Diversos estudos reportam alterações na expressão gênica em resposta àexposição de células à nanomateriais, mas até o presente momento não há nenhumestudo sobre a toxicidade a nível epigenético causada por nanoestruturas e seus efeitosem sucessivas gerações celulares. Portanto, torna-se necessário estudar esses fenômenosa fim de contribuir no desenvolvimento de nanopartículas mais adequadas paraaplicações biológicas. Objetivo: Avaliar o perfil de metilação global de DNA emcélulas MCF-7 e MCF-10A em cultivo após a cessão da exposição de nanopartículas demaghemita funcionalizadas com citrato. Materiais e métodos: As NPM-citrato foramsintetizadas pelo método de coprecipitação de Fe (II) e Fe (III) e adição direta de ácidocítrico. As caracterizações das NPM-citrato foram realizadas por microscopia (MET,HRTEM, MEV e AFM) e por diâmetro hidrodinâmico e potencial zeta. Para detectar asconcentrações sub-letais IC-10 e IC-20, foram realizados a exclusão de viabilidade porcontagem de células coradas com Azul Tripan e o ensaio de citotoxicidade peladetecção da Lactato Desidrogenase (LDH). O ensaio de proliferação celular foirealizado no sistema xCELLigence™ (Roche/ACEA). A detecção de ferro intracelularfoi realizada pelo ensaio do Azul da Prússia. O perfil de metilação global de DNA foirealizado por ensaio colorimétrico. A expressão das DNMTs foi realizada por qRTPCR.Resultados: As NPM-citrato causaram efeito citostático em células MCF-7 eMCF-10A quando administradas nas concentrações 30 e 60μgFe/mL durante 24h. Apósa cessão da exposição das NPM-citrato, verificou-se que a proliferação das célulasMCF-7 tratadas foi maior que das células não tratadas. Além disso, foi constatado queas NPM-citrato encontravam-se no interior das células durante todo o experimento e quehavia uma dinâmica de metilação de DNA, mesmo após a exposição transiente dasNPM-citrato. Também foram identificadas diferenças entre o acúmulo de transcritos deDNA metiltransferases. Discussão: Os nanomateriais possuem um risco intrínseco emaplicações biológicas, mesmo quando administrados em concentrações consideradasnão-tóxicas por meio de técnicas convencionais. Isso porque seus efeitos em sistemasbiológicos podem se estender a múltiplas gerações, mesmo durante exposiçãotransiente. Conclusão: As NPM-citrato promovem alterações significativas no perfil demetilação global de DNA em células MCF-7 e não promovem em MCF-10A e essefenômeno pode ser explorado para aplicações biomédicas futuras. _________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Introduction: Several studies have reported changes in gene expression in response toexposure of cells to nanomaterials, but to date there is no study on the toxicity causedby nanostructures at epigenetic level and their effects in successive cell generations.Therefore, it becomes necessary to study these phenomena in order to contribute to thedevelopment of more appropriate nanoparticles for biological applications. Objective:To evaluate the profile of global DNA methylation in MCF-7 and MCF-10A cells inculture after cessation of exposure to maghemite nanoparticles functionalized with citricacid. Methods: The NPM-citrate were synthesized by coprecipitation of Fe (II) and Fe(III) method and direct addition of citric acid. The characterizations of NPM-citratewere performed by microscopy (TEM, HRTEM, SEM and AFM) and by analysis of thehydrodynamic diameter and zeta potential. To detect the sub-lethal concentrations IC-10and IC-20, we performed the counting of the cells stained with Trypan Blue andcytotoxicity assay for detection of lactate dehydrogenase (LDH). The cell proliferationassay was performed in xCELLigence ™ (Roche / ACEA) system. Detection ofintracellular iron assay was performed by Prussian Blue. The profile global DNAmethylation was performed by colorimetric assay. The expression of DNMTs wasperformed by qRT-PCR. Results: NPM-citrate caused cytostatic effect on MCF-7 andMCF-10A cells when given at concentrations of 30 and 60μgFe/ml for 24h. After thetransfer of the NPM-citrate exposure, it was found that the proliferation of MCF-7treated cells was higher than untreated cells. Furthermore, it was found that the NPMcitrateis found inside the cells throughout the experiment and had a dynamic DNAmethylation even after transient exposure of NPM-citrate. Differences between thetranscript accumulation of DNA methyltransferases were also identified. Discussion:The combination of nanotechnology and epigenetics is still poorly understood becausethese are frontier areas of knowledge. Thus, nanomaterials have an intrinsic risk inbiological applications, even when administered in non-toxic concentrations consideredby conventional techniques. This is because their effects on biological systems can beextended to multiple generations, even during transient exposure. Conclusion: TheNPM-citrate promote significant changes in global DNA methylation in MCF-7 cellsand do not promote in MCF-10A and this phenomenon can be exploited for futurebiomedical applications.