O iodo é transportado para a célula tireoideana através do simportador sódio-iodo (NIS). Estudo anterior de nosso grupo mostrou que a expressão do RNAm de NIS estava reduzida nos tecidos tumorais (T) tireoideanos quando comparada à dos tecidos não tumorais (NT) adjacentes. A metilação de ilhas CpG localizadas em promotores é um dos mecanismos epigenéticos que regula a expressão gênica. Já foi demonstrado que a metilação aberrante desempenha papel importante na tumorigênese humana, porém, estudos qualitativos não conseguiram definir um padrão de metilação do promotor de NIS no câncer diferenciado de tireóide. Assim, o presente estudo visou (1) investigar o padrão de metilação do promotor do gene NIS em amostras T (benignos e malignos) e NT adjacentes, e correlacionar o grau de metilação com os valores de RNAm, e (2) identificar novas sequencias regulatórias, alvos de metilação do DNA, que pudessem também modular a expressão de NIS. Foram estudados 30 pares de amostras de tecido tireoideano T e NT adjacente, sendo 10 benignos e 20 malignos. Também foi avaliado um par de amostras de paciente com nódulo maligno com alta captação de iodo (hipercaptante). A metilação da ilha1 CpG foi avaliada por PCR Metilação Específica (MSP) semiquantitativa e a metilação da ilha2 CpG foi analisada por bissulfito seqüenciamento; ambas com DNA bissulfito convertido. Novas ferramentas de bioinformática foram utilizadas na análise in silico para identificar ilhas CpG funcionais na região 5' upstream da seqüência promotora de NIS. Plasmídios foram construídos contendo o fragmento de DNA da Ilha2 CpG na frente de gene reporter (luciferase) e usados em transfecções de células HEK293 para avaliar a atividade regulatória desta ilha. Celulas tumorais com baixa expressão de NIS foram tratadas com agente desmetilante 5Aza e a expressão de RNAm de NIS foi avaliada por PCR em tempo real. Na ilha1 CpG, todas as amostras (T e NT) do grupo benigno e maligno apresentaram metilação, não observando-se diferença no grau de metilação entre os grupos. No entanto, maiores níveis de metilação foram detectados na região 5 desta ilha, que decresceram na direção da extremidade 3. Observou-se maior grau de metilação no tecido T em relação ao tecido NT adjacente (T>NT) em 60% das amostras do grupo benigno e em 35% do grupo maligno. Não foi identificada correlação entre o grau de metilação da ilha1 CpG e a expressão de RNAm de NIS. Nas amostras (T e NT) do paciente com tumor hipercaptante não foi detectada metilação nesta ilha. Assim foi realizada nova análise in silico, a qual identificou por primeira vez uma segunda ilha CpG, ilha2 CpG, com 256pb, localizada entre as posições -2152 e -1887 (em relação ao sítio ATG), contendo 14 sítios CpG. As analises da metilação da ilha2 CpG indicaram que essa região também é alvo de metilação, sendo observada hipermetilação (66.07%) em todas as amostras T quando comparada às amostras NT(23,21%), nos grupos benigno e maligno. A análise individual de cada par de amostras detectou um padrão de metilação do gene NIS em tecidos tireoideanos; sendo que 100% das amostras do grupo benigno e 95% das do grupo maligno apresentavam a ilha2 CpG mais metilada no tecido T do que no tecido NT (T>NT). Além disso, foi possível identificar correlação inversa significativa entre o grau de metilação da ilha2 CpG e a expressão gênica de NIS. Estudos in vitro para caracterização funcional da ilha CpG2 mostraram que esta nova ilha pode ser considerada como um enhancer do gene NIS na presença de fatores de transcrição da tireóide. Também foi possível detectar, em linhagem de carcinoma folicular da tireoide, a reexpressão do RNAm de NIS paralelamente à redução do grau de metilação da ilha2 CpG, após o tratamento com agente desmetilante. Sendo assim, confirmamos que a metilação do promotor NIS é um evento freqüente em amostras T (benignas e malignas) e NT. Este é o o primeiro trabalho que descreve a existência da ilha2 CpG, na região 5 do gene NIS, com atividade de enhancer, que regularia a expressão gênica por metilação do DNA. Pela primeira vez identificou-se a existência de um padrão de metilação no gene NIS em tecido tireoideanos (T>NT), assim como correlação inversa entre o grau de metilação da ilha2 CpG e a expressão de RNAm de NIS. Estes resultados poderiam explicar a reduzida expressão do NIS observada em amostras tumorais benignas e malignas e a baixa captação de iodo dos tumores tireoideanos

Iodide is transported from the blood into thyroid cell through the sodium iodide symporter (NIS). We have previously detected reduced NIS mRNA expression in thyroid tumoral tissue (T) when compared with the non tumoral tissue (NT). Methylation of DNAs CpG islands, very common in promoters, is an epigenetic alteration that regulates gene expression. Aberrant gene methylation plays an important role in human tumorigenesis. Previous qualitative studies have failed to define a NIS promoter methylation pattern in thyroid cancer. This study aimed (1) to investigate the methylation pattern of the NIS gene promoter in thyroid tumors (benign and malignant), and to correlate the methylation status with cellular levels of NIS mRNA, in T and adjacent NT samples; (2) to identify new regulatory DNA sequences that could modulate NIS gene expression by methylation of the DNA. Thirty pairs of thyroid samples (tumoral and non-tumoral), 10 benign and 20 malignant tumors were included. A pair of samples of a malignant nodule with high iodide uptake was also included. Methylation of CpG Island1 was evaluated by semiquantitative Methylation Specific PCR (MSP) and methylation of CpG island2 was analyzed by bisulfite sequencing; both using bisulfite converted DNA. New bioinformatic tools were used in in silico analysis to identify functional CpG islands in the 5 upstream region of the NIS promoter. Plasmids were constructed containing the CpG island2 DNA fragment in front of a reporter gene (lucyferase) and used in transfections assays of HEK293 cells to assess the regulatory activity of this island. Tumor thyroid cell cultures with low NIS expression were treated with the demethylating agent 5Aza and NIS mRNA expression was quantified by real time PCR. Methylation of CpG island1 was detected in all the samples (NT and T) of benign and malignant group, no differences were observed in the methylation degree between the groups. However, highest methylation levels were detected in the 5 region of CpG island1, which decreased to the 3 end. The analysis of each pair of samples revealed higher methylation degree in T tissue with respect to NT adjacent tissue (T> NT) in 60% of the benign group and in 35% of the malignant group. No quantitative correlation was found between CpG island1 methylation and NIS mRNA levels in both groups. Methylation was not detected in the NT and T samples of the patient with high iodine uptake. Furthermore, new in silico analysis allowed to identify a second CpG island, CpG island2, with 256pb, located between positions - 2152 and -1887 (relative to ATG), containing 14 CpG sites. The analysis of the CpG island2 indicated that this region is also a target of DNA methylation. Hypermethylation was observed in all T samples (66.07%) when compared with NT samples (23.21%), in benign and malignant groups. The analysis of each pair of samples allowed to detect a NIS gene methylation pattern in thyroid tissues. In 100% of the benign group and in 95% of the malignant group methylation degree of the CpG island2 was higher in the T tissue as compared to NT tissue (T>NT). Moreover, it was possible to identify significant negative correlation between the methylation degree of CpG island2 and NIS mRNA gene expression. In vitro functional characterization of the CpG island2 showed that this new island may be considered an enhancer of NIS gene in the presence of thyroid transcription factors. The treatment of follicular thyroid carcinoma cells with demethylating agent restored the NIS mRNA expression, in parallel with the reduction of the CpG island2 methylation degree. In conclusion, we confirm that the NIS promoter methylation is a frequent event in thyroid T (benign and malignant) and NT samples. This is the first description of a new second CpG island in the 5'region of the NIS gene, with enhancer activity, which may regulate gene expression by DNA methylation. This is the first report that described the existence of a NIS gene methylation pattern of in thyroid tissue (T>NT) as well as a negative correlation between the methylation degree of CpG island2 and NIS mRNA expression. These results may explain the reduced NIS expression observed in benign and malignant tumor samples as well as the low iodine uptake of thyroid tumors