MYC:n amplifikaatio vähentää eloonjäämisikää useissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa

MYC:n amplifikaatio vähentää eloonjäämisikää useissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa

Myelosytomatoosin viruksen mukanaan tuomaan syöpää aiheuttavan syöpää aiheuttavassa syöpään sairastuneessa kudoksessa, jonka toiminta on konservoitunut yli evoluutiohierarkioiden27,28,29,30,31. Fysiologisesti MYC:n säätelemää proliferaatiota seuraavat linjan eriytymisohjelmat, jotka vastustavat MYC:tä proliferaation lopettamiseksi20. Analysoimme MYC-muutoksia kahdella lähestymistavalla. Ensinnäkin analysoimme MYC-lokuksen kopiolukumuutoksia (CN) käyttämällä TCGA- ja ICGC-tietoja, jotka ovat saatavilla cBioPortal-alustan kautta, ja löysimme MYC:n yleisiä amplifikaatioita ja lisäyksiä (kuva 1a). Sen jälkeen käytimme TCGA:n yleissyöpätietoja (PANCAN), jotka sisälsivät 11 000 potilasta 33:sta yleisimmästä kasvaimesta, ja analysoimme niitä Xena Browserin avulla. MYC oli voimakkaasti monistunut kaikissa näissä pahanlaatuisissa kasvaimissa8,10. Molemmissa aineistoissa MYC:n CN-muutokset määritettiin käyttämällä GISTIC score -menetelmää, jossa arvot -2,-1,0,1,2 edustivat homotsygoottista deletoitumista, heterotsygoottista deletoitumista, diploidia, matalan tason amplifikaatiota tai korkean tason amplifikaatiota32. Seuraavaksi teimme eloonjäämisanalyysin käyttäen GISTIC-pisteitä, jotka ennustivat matalan tason deletio/villi MYC-tyyppi vs. vahvistuminen/amplifikaatio, käyttäen PANCAN-tietokokonaisuutta. MYC:n amplifikaatio korreloi heikentyneen kokonaiseloonjäämisajan kanssa (p < 9,784 × 10-11, n = 2628) verrattuna tapauksiin, joissa oli MYC CN WT/matalan tason deleetio (n = 1352) (kuva 1b). Tämän jälkeen analysoimme MYC-lokuksen GISTIC-pisteiden vs. MYC-mRNA-ekspression ja potilaiden eloonjäämisen välistä korrelaatiota. MYC:n GISTIC-pisteytyksen ja MYC:n mRNA-ekspression välillä oli vahva korrelaatio (Spearmanin r = 0,3339, p < 0,0001, n = 9697) (kuva 1c). Korkea (n = 1762) vs. matala n = 1776) MYC-mRNA-taso liittyi heikentyneeseen (p < 5,609 × 10-8) kokonaiselossaoloaikaan (kuva 1d). MYC on siis elintärkeä onkogeeni monissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa, ja sellaisten mekanismien tunnistamisella, joilla MYC:tä voidaan vastustaa syövässä, voisi olla terapeuttisia sovelluksia. MYC:n toiminta on konservoitunut eri evoluutiohierarkioissa27,28,29,30,31. Alkueläinten yksinkertainen elinkaari vaatii MYC:tä tuottamaan tytärsoluja, jotka muistuttavat vanhempiensa soluja jokaisen solunjakautumisen yhteydessä27,29. Evoluutio yksisoluisista organismeista monisoluisiksi organismeiksi johti voimakkaaseen energiankäyttöön kromatiinin avaamiseksi ja paljaan DNA:n paljastamiseksi, jolloin linjan TF:t voivat sitoutua ja aktivoida satoja terminaalisia erilaistumisgeenejä, jotka ohjaavat solun kohtaloa ja erikoistumista eri solukerroksiin. Tämä prosessi ei edellytä aktiivisesti lisääntyviä soluja. Näin ollen MYC-välitteinen proliferaatio estyy tehokkaasti tässä vaiheessa33,34 (kuva 1e). Tällainen voimakas MYC-antagonismi on välttämätön myös monisoluisuuden olemassaololle29,35. Vakuuttavaa on, että monisoluisten organismien infektio alkueläinparasiiteilla tehostaa infektoituneiden solujen muuntumista proliferatiivisiksi soluiksi monimutkaisilla mekanismeilla, jotka aktivoivat MYC-proteiinia ja tukahduttavat erilaistumista edistäviä TF:iä27,29,36.

Toisin kuin normaaleissa soluissa, pahanlaatuiset solut proliferoituvat ilman terminaalista erilaistumista (kuva 1e, f). Tämä poikkeava prosessi on vahvasti riippuvainen MYC:n ja sen solujen kasvua ja jakautumista säätelevien yhteisproteiinien stabiloitumisesta17,20,37,38,39. Geneettiset ja epigeneettiset muutokset varmistavat, että syöpäsoluissa tapahtuu sukupolveen sitoutuneiden esiasteiden jatkuvaa lisääntymistä ilman lopullista erilaistumista (kuva 1e)7. Jatkuva proliferaatio saavutetaan ensinnäkin MYC-geeniä koodaavan geneettisen lokuksen johdonmukaisella ylössäätelyllä ja kromosomikasvulla kaikissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa (kuva 1a). MYC:n monistuminen ennustaa huonoa kokonaiselossaoloaikaa (LogRank p-arvo = 9,784 × 10-11, n = 3980) (kuvat 1a, b). Tutkimuksissa, joissa käytettiin geneettisesti muunneltuja hiirimalleja (GEMM) tai ksenograft-syöpämalleja, MYC:n antagonisointi ylläpitää kasvaimen taantumista useissa kasvaimissa39,40,41. Esimerkiksi Shachaf ym. kehittivät siirtogeenisen hiirimallin, joka ilmentää MYC:tä ehdollisesti hepatosyyteissä käyttämällä tetrasykliiniohjattua ilmentymistä39. MYC:n inaktivointi indusoi hiiren HCC:n regressiota lisäämällä hepatosyyttien ja hepatobiliaalisten solujen erilaistumista, HCC:n merkkiaineen α-fetoproteiinin häviämistä ja tukahduttamalla proliferaatiota39. Ksenograftin PDAC-mallissa Zhang et al. kohdistivat MYC-MAX-dimerisaation pienellä molekyylillä (10058-F4), joka häiritsee MYC:n transkriptioaktiivisuutta40. 10058-F4:n lisääminen gemsitabiiniin johti kasvainten synnyn jyrkkään hidastumiseen verrattuna yhden aineen hoitoon40. Soucek et al. käyttivät Kras-ohjatun hiiren keuhkosyöpämallin avulla MYC:tä käyttäen dominoivaa negatiivista MYC-dimerisaatiodomeenin mutanttia, joka häiritsee MYC:n sitoutumista MYC:n kanoniseen E-box-vaste-elementtiin CACGTG, mikä estää MYC:n transaktivaatioaktiivisuutta41. MYC:n transaktivaation estäminen lisäsi hiirten eloonjäämisikää lopettamalla keuhkosyövän kasvun41.

Translaation näkökulmasta MYC:n suoraa farmakologista kohdentamista vastaan on useita haasteita42. Tärkein haaste on se, että proliferaatio on normaalien progenitorien ominaisuus, ja tällaisella hoidolla voi olla huono terapeuttinen indeksi20. Lisäksi kasvaimilla on heterogeeninen geneettinen tausta, joka edistää MYC:n jatkuvaa aktiivisuutta. Jotta voitaisiin ymmärtää mekanismeja, jotka estävät MYC:n liiallista toimintaa, on välttämätöntä määritellä evolutiivisesti konservoituneet fysiologiset menetelmät, joilla normaalit esiasteet estävät MYC:tä sammuttamasta voimakasta proliferaatiota, ja miten nämä menetelmät voidaan palauttaa syövässä.

Proliferaation lopettaminen käynnistämällä apoptoosi on myrkyllistä normaaleille jakautuville soluille

Pitäen yllä yhteenkuuluvuutta ja eheyttä eri solutyyppien välillä monisoluiset organismit ovat kehittäneet tarkastus- ja tasapainojärjestelmän, joka tunnetaan yhteisesti apoptoosina43,44. Apoptoosin master TF:llä p53 (TP53) ja sen kofaktorilla p16 tai p14ARF (CDKN2A) on ratkaiseva rooli, sillä ne pysäyttävät lisääntyvät solut vaurioiden korjaamisen mahdollistamiseksi tai käynnistävät hallitun itsemurhan, jos vaurioita ei voida korjata45,46. Alkionkehityksen aikana p53:n ilmentyminen vähenee ehkä siksi, että alkion kantasolut uusiutuvat itse ilman eksponentiaalista lisääntymistä47,48,49. Toiminnalliset tutkimukset p53:n eriytyneestä ilmentymisestä reportterimäärityksillä osoittivat, että ilmentyminen on suurempaa myöhemmissä kehitysvaiheissa ja että ilmentyminen vähenee lopullisesti erilaistuneissa soluissa48. Solunjakautumisen aikana p53-reitit vastustavat voimakkaasti MYC-reittejä pysäyttääkseen proliferaation, jolloin vahingoittuneet solut voivat korjaantua; korjaantumattomat solut tuhoutuvat itsestään peruuttamattoman apoptoosin kautta koko organismin eheyden suojelemiseksi43. Koska p53-knockout (KO) -hiiret kehittyvät normaalisti eivätkä ole suurentuneet50 , tämä osoittaa, että apoptoosireitit eivät ole hallitsevia mekanismeja, joita lineage-progenitorit käyttävät eksponentiaalisen proliferaation lopettamiseen. Trp53:n ja fosfataasi- ja tensinihomologin (Pten) kaksois-KO-hiiret kehittävät glioomakasvaimia, koska ne eivät kykene torjumaan MYC:tä, mutta tämä fenotyyppi on havaittu vain Trp53:n ja Ptenin kaksois-KO-hiirillä45,46. PDAC:ssa yleisin geenimutaatio on KRAS (~92 %). GEMM-hiirissä, joissa mutantti KRAS (KC-hiiret) ilmentyy haimasoluissa, kehittyy PDAC 30-40 prosentissa tapauksista ~8-12 kuukauden iässä51. Mutantti Trp53:n lisääminen edellä mainittuun GEMM:ään (KPC-hiiret) lisää PDAC:n läpäisevyyttä ja lyhentää eloonjäämisikää ~5 kuukauteen, kun taas KC-hiiret, joissa on Ink4a:n deleetio, selviytyvät ~2-3 kuukautta52,53. Hiirille, joilla on pelkkä mutantti Trp53 ilman mutanttia Krasia, ei kehity PDAC:ta53. Sitä vastoin munasarjasyövän hiirimalleissa on osoitettu, että Trp53:n inaktivointi johtaa invasiivisiin kasvaimiin, mutta kasvaimen kehittyminen kiihtyy hiirillä, joilla on samanaikaisesti Brca1:n ja Trp5354:n inaktivointi.

TP53 ja CDKN2A ovat usein bi-allelisesti inaktivoituja kaikissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa (kuva 2a). Tällaisella inaktivaatiolla on suuri vaikutus hoitoon7. Pahanlaatuisen proliferaation lopettamiseksi tavanomaisilla kemoterapeuteilla pyritään p53/p16:n säätelyyn indusoimalla sytotoksista stressiä, joka jäljittelee tämän reitin fysiologisia aktivaattoreita55. Koska pahanlaatuiset solut ja normaalit solut elävät rinnakkain samassa ympäristössä, tällaisella hoidolla on epäsuotuisa terapeuttinen indeksi, koska nämä geenit ovat mutatoituneita/fyysisesti saavuttamattomissa pahanlaatuisissa soluissa, mutta ehjiä normaaleissa soluissa. Useita menetelmiä apoptoosin palauttamiseksi syöpähoitoon on tutkittu, mutta tätä terapeuttiseen indeksiin liittyvää peruskysymystä on ollut vaikea ratkaista56. Genomitekniikoiden kehittyminen osoittaa, että kun TP53/CDKN2A-geenit ovat villejä, kuten kivessyövässä, hoito sytotoksisella kemoterapialla (esim. sisplatiinilla) tuottaa täydellisiä vasteita, jotka lisäävät kokonaiselossaoloaikaa ja taudista vapaata elossaoloaikaa57 (kuva 2a, b). Pahanlaatuisissa kasvaimissa, joissa TP53/CDKN2A:n inaktivaatioaste on korkea, ei esiinny näitä vasteita, mikä johtaa resistenssiin useille apoptoosiin perustuville hoidoille (laaja sytostaatti- ja radioresistenssi) (kuvat 2a, b, e, f)7 . Jopa samasta elimestä peräisin olevat eri kasvaintyypit reagoivat paremmin hoitoon, jos apoptoosigeenit ovat ehjiä. Esimerkiksi TP53- ja CDKN2A-mutaatioita esiintyy ~70 ja 90 prosentissa PDAC:sta58 (kuva 2a). PDAC:n viiden vuoden kokonaiselossaololuku on ~9 %, vaikka mukaan otettaisiin potilaat, joita hoidetaan kemoterapialla tai yhdistelmähoidoilla ja/tai leikkauksella59,60. Sen sijaan haiman neuroendokriinisissä kasvaimissa (PNET) ei yleensä esiinny TP53-mutaatioita, CDKN2A:n deleetioita on vain minimaalisesti61 , ja niiden viiden vuoden elossaololuku on >50 %, kun niitä hoidetaan apoptoosia indusoivalla hoidolla62. Vastaavasti glioblastooma multiformissa (GBM) on erilaisia kliinisiä, histopatologisia ja molekulaarisia piirteitä, ja TP53-mutaatioita esiintyy ~30 prosentissa primaaritapauksista ja ~65 prosentissa sekundaarisista GBM-tapauksista63,64. Glioomasolut, joissa on WT TP53, reagoivat kliinisesti saatavilla olevien kemoterapeuttisten aineiden aiheuttamaan sytotoksiseen stressiin verrattuna soluihin, joissa on transkriptiivisesti vaiennettu mutaatio TP5365,66,67. Lisäksi Trp53:n indusoimassa PDAC:n hiirimallissa (KPC) yhden Myc-alleelin geneettinen inaktivointi herkistää terapeuttisen vasteen gemsitabiinille40. Tämän vuoksi analysoimme genomitietoja vertaamalla kymmentä suurinta pahanlaatuista kasvainta, joissa TP53/CDKN2A-muutosten esiintymistiheys on korkea (TP53/CDKN2A-high), ja kymmentä pienintä pahanlaatuista kasvainta, joissa TP53/CDKN2A-muutosten esiintymistiheys on matala (TP53/CDKN2A-low) (kuva 2b, c). Havaitsimme, että 7/10:ssä TP53/CDKN2A-high-syövistä tauditon ja kokonaiselossaoloaika lyheni, kun nämä geenit olivat mutatoituneet (kuva 2b; taulukko S1) (p-arvot < 0,05). Johdonmukaisesti myös TP53/CDKN2A-matalan TP53/CDKN2A:n tapauksissa taudista vapaa ja kokonaiselossaoloaika lyheni, kun nämä geenit olivat muuttuneet (p-arvot < 0,05) (kuva 2c; taulukko S1). Näin ollen apoptoosigeenien muutosten määrä on alhaisempi parannettavissa pahanlaatuisissa kasvaimissa (kivessyöpä/lasten ALL) verrattuna erittäin refraktorisiin/hoitoresistentteihin syöpiin (PDAC/HCC) (kuva 2g). Fysiologisen kypsymisen aikana WT TP53 indusoi epäterveiden solujen peruuttamattoman apoptoosin koko organismin eheyden säilyttämiseksi (kuva 2h). Sitä vastoin onkogeeninen evoluutio mutatoi apoptoosin välittäjiä, mikä johtaa vastustuskykyyn apoptoosi-induktiota vastaan (kuva 2h).

Differentioitumisgeenien geneettiset ja epigeneettiset muutokset syövässä

Agressiivisimmat ihmisen pahanlaatuiset kasvaimet ovat huonosti erilaistuneita13. Vaikka erilaistuminen vaikuttaa huonoon eloonjäämiseen useissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa, erilaistumisen estämisen taustalla olevat mekanismit pahanlaatuisissa soluissa ovat enimmäkseen epäselviä, mutta uutta tietoa on syntymässä5,6,7. Tunnistimme munasarjojen, haiman ja maksan kehittymisen kannalta keskeiset linjamestaritekijät käyttämällä julkaistuja linjamuunnostutkimuksia tai transgeenisillä hiirimalleilla tehtyjä tutkimuksia6,68,69,70,71,72,73,74 (taulukko 1). Solujen erilaistumis- ja polveutumisohjelmat määräytyvät tämän kourallisen master-TF:ien ja niiden kofaktoreiden mukaan. Vaikka useilla kofaktoreilla on merkittävä rooli, tärkeimpiä niistä ovat transkriptionaaliset koaktivaattorit ja korepressorit, jotka käyttävät ATP:tä kromatiinin muokkaamiseen ja kohdegeenien käynnistämiseen tai sammuttamiseen33,34,75. Näin ollen analysoimme geneettisiä muutoksia linja-TF:issä, niiden koaktivaattoreissa ja korepressoreissa OVC:ssä, PDAC:ssa ja HCC:ssä (taulukko 1).

Sen vuoksi, että pahanlaatuiset solut eivät voi täysin tukahduttaa erilaistumista, koska se on jatkumo, jonka varrella kaikki solut ovat olemassa, master-TF:t, jotka määrittelevät sitoutumisen eri linjoihin, eivät lähes koskaan ole mutaatioiden seurauksena täysin inaktivoituneet, vaan ne ovat usein haploinsidenssiaiheisia (kuvio 3a; taulukko 1). Tämä annoksen pienentäminen riittää pysäyttämään etenemisen erilaistumisjatkumossa sen proliferatiivisimmissa kohdissa5,6,7. Esimerkiksi FOXL1:n häviäminen oli yleistä OVC:ssä (kuva 3a), ja FOXL1:n häviämisen taajuus oli suurin huonosti erilaistuneessa OVC:ssä (kuva 3b). Tämä kuvio oli samanlainen GATA4:n osalta PDAC:ssa ja HCC:ssä, vaikka näissä pahanlaatuisissa kasvaimissa oli pieni määrä potilaita, jotka selviytyivät vaiheita I ja II pidemmälle (kuvat 3b, c). Tunnistimme kirjallisuusanalyysin ja UniProt-tietokantaan talletettujen tietojen (http://www.uniprot.org/) avulla keskeiset vuorovaikutuskumppanit, jotka ovat eri linjaspesifisten TF:ien koaktivaattoreita ja corepressoreita (taulukko 1). Pysähtyneen erilaistumisen lisäämiseksi koaktivaattoreiden havaittiin olevan usein inaktivoituja ja deletoituja (taulukko 1; kuva 4a), mikä suosii avaintekijöiden TF:ien kohteena olevien downstream-geenien tukahduttamista. Uudet todisteet viittaavat nyt siihen, että tällaiset muutokset heikentävät terminaalista erilaistumista välittäviä reittejä6,7,76. Varhaiset löydöt näiden koaktivaattorientsyymien tehtävistä osoittivat, että niiden tehtävänä fysiologiassa oli käyttää ATP:tä histoni-DNA-vuorovaikutusten mobilisoimiseksi siten, että paljaat DNA:t paljastuivat, jolloin TF:t pystyivät sitoutumaan kohdegeeneihin ja aktivoimaan ne33,34,75,77. Tämä prosessi on konservoitunut evoluutiossa hiivasta78 , yhdestä yksinkertaisimmista metazooista, homo-sapiensiin77. Näiden geenien inaktivointi syövässä voisi olla yritys heikentää koaktivaattoreiden kykyä altistaa DNA:ta master TF:ille, jotka aktivoivat myöhemmän ketjun geenejä. Tärkeä johtolanka tälle hypoteesille on se, että sukulinjan master-TF:t käyttävät valikoivasti tiettyjä koaktivaattoreita välittäessään sukulinjan geenien aktivaatiota (taulukko 1). Toinen vihje on se, että pahanlaatuisilla soluilla on taipumus menettää yksi linjaa spesifioivien TF:ien alleeli, mikä saattaa riittää linjaan sitoutumiseen mutta ei riitä lopulliseen erilaistumiseen6,7 (kuva 3a; taulukko 1). Esimerkiksi maksan esiasteet edellyttävät GATA4:n ja FOXA1:n yhteistyötä, jotta ne voivat rekrytoida koaktivaattoreita (esim. ARID1A) ja välittää hepatosyyttien erilaistumisgeenien aktivoitumista. HCC:ssä GATA4:n heterotsygoottinen menetys on yleistä (68 %, n = 366, kuva 3a; taulukko 1) ja ARID1A:n inaktivoivat mutaatiot ovat yleisiä (44 %, n = 366, kuva 4a; taulukko 1)6 . Maksan erilaistuminen on heikentynyt ja proliferaatio lisääntynyt maksassa, jossa on Gata4:n tai Arid1a:n maksan ehdollinen haploinsuffisienssi6,76,79. Lisäksi GATA4:n palauttaminen GATA4-puutteiseen HCC:hen tai ARID1A:n palauttaminen ARID1A-mutaation omaavaan, mutta GATA4:ää käyttämättömään HCC:hen aktivoi satoja hepatosyyttien epiteelin erilaistumisgeenejä6. Haimalinjan master-TF:iin kuuluvat GATA4 ja GATA680,81. PDAC:ssa on havaittu näiden tekijöiden yhden alleelin kopioluvun menetyksiä, ja myös koaktivaattoreissa on havaittu toimintakyvyn menetysmutaatioita (taulukko 1; kuvat 3a, 4a). PDAC-soluissa esiintyi kuitenkin myös paljon GATA4:n ja GATA6:n monistumista tai vahvistumista, mikä viittaa siihen, että joissakin tapauksissa nämä TF:t voivat antaa haimasyöpäsoluille kasvuedun. OVC:ssä munasarjojen master TF:n FOXL182,83 yksi alleeli menetetään usein (80 %, kuva 3a; taulukko 1 n = 316), kun taas koaktivaattorit, kuten ARID3A ja ARID3B, ovat usein inaktivoituneita (taulukko 1; kuva 4a). Näin ollen pahanlaatuisen transformaation ytimessä erilaistumisen estäminen lisää rutiininomaisesti pahanlaatuista proliferaatiota, ja se saavutetaan master-TF:ien haploinsuffitaatiolla ja niiden käyttämien koaktivaattoreiden inaktivaatiolla. Tämä ymmärrys voisi johtaa hoitomuotoihin, joilla pyritään uudelleen käynnistämään eteenpäin suuntautuva erilaistuminen apoptoosin vaihtoehtona keinona lopettaa pahanlaatuinen proliferaatio.

Korepressorientsyymit: uusia kohteita erilaistumista palauttavaan onkoterapiaan

Engrekosomi koostuu useista proteiinikomplekseista, jotka tekevät yhteistyötä aktivoidakseen tietyn linjan geenejä84,85, esim, maksan enhanceosomit aktivoivat hepatosyyttigeenejä6, kun taas haiman ja munasarjojen enhanceosomit aktivoivat haiman86 ja munasarjojen87 geenejä. Tämän yhteistyön geneettinen häirintä voi siirtää näiden proteiinikeskittymien sisältöä koaktivaattoreista korepressoreihin, jotka sen sijaan tukahduttavat linjan geenejä76,88,89. Tällaisen tukahduttamisen mahdollistaa myös terminaalisten erilaistumisgeenien luontainen suljettu kromatiinitilanne, joka on ristiriidassa proliferaatio- ja varhaisten erilaistumisgeenien luontaisesti avoimen kromatiinin kanssa6,7,90.

Jotta eksponentiaalinen proliferaatio tapahtuisi erillään eteenpäin suuntautuvasta erilaistumisesta, linjan erilaistumisgeenien epigeneettisen hiljentämisen edellytyksenä on korkea korepressoriaktiivisuuden aste. Tämän vuoksi poikkeavaa korepressoriaktiivisuutta havaitaan usein pahanlaatuisissa soluissa, joissa satoihin terminaalisen erilaistumisen geeneihin kertyy aktiivisia korepressoreita6,89. Toisin kuin koaktivaattorit, jotka usein inaktivoituvat geneettisten mutaatioiden/deleetioiden vuoksi6 , korepressorit ovat usein joko villityyppisiä tai monistuneita pahanlaatuisissa soluissa (taulukko 1; kuva 4b). DNA-metyylitransferaasi 1 -entsyymi (DNMT1) on master TF:n korepressori ja myös ylläpitävä metyylitransferaasi, joka toistaa CpG-metylaation vastasyntetisoituun DNA-juosteeseen, kun solut käyvät läpi jakautumissyklejä91,92,93. TCGA PANCAN -aineistossa korkeat DNMT1-tasot liittyvät huonoon eloonjäämiseen (p < 0,00001, n = 5145) verrattuna tapauksiin, joissa DNMT1-tasot olivat alhaiset (n = 5199) (kuva 5a). Tämä viittaa tämän entsyymin tärkeään rooliin lukuisissa ihmisen syövissä. Tämän vuoksi viime vuosikymmenen aikana on tehty useita tutkimuksia, joissa on pyritty kehittämään DNMT1:een kohdistuvia terapeuttisia toimenpiteitä syövän hoidossa94,95,96,97,98,99,100,101,102. Vastaavasti Ubikinin kaltainen, PHD- ja RING-sormidomeeneja sisältävä UHRF1 (Ubiquitin-like, containing PHD and RING finger domains, 1) tekee läheistä yhteistyötä DNMT1:n kanssa DNA-metylaation säätelyssä103,104. Analysoimme UHRF1:n ilmentymistasoja PANCAN-tietokannassa ja havaitsimme, että korkeat UHRF1:n ilmentymistasot (p < 0,0001, n = 5150) ennustivat vahvasti huonoa eloonjäämisprosenttia verrattuna mataliin tasoihin (n = 5189) (kuva. 5b), mikä havainnollistaa näiden metylaatiogeenien merkitystä ihmisen syövissä.

DNMT1:n poistolla ilman sytotoksisuutta on terapeuttisia hyötyjä jopa myelodysplastisessa oireyhtymässä (MDS, myelodysplastinen oireyhtymä) ja akuutissa myelooisessa leukemiassa (AML, akuutti myelooinen leukemia)102,105, ja meneillään on useita kliinisiä tutkimuksia, joissa arvioidaan DNMT1:n poistamista laajemmin syövän hoidossa (vaikka DNMT1:n poistamiseen käytetyillä dekitabiinilla ja 5-atsasitidiinillä on farmakologisia rajoituksia, jotka voivat heikentää niiden kykyä poistaa DNMT1 kiinteistä kasvaimista) (taulukko 2). Akuutissa promyelosyyttisessä leukemiassa (APL) täydelliset remissiot saavutetaan arseenin ja retinohapon yhdistelmällä, jolla estetään leukemian fuusioproteiiniin PML-RARA106,107 rekrytoituneita corepressoreita. Koska yhteisrepressorit eivät ole mutatoituneita ja niillä on poikkeava aktiivisuus syövässä, ne ovat riittäviä ja loogisia molekyylikohteita, jotka voivat kytkeä terminaalisia erilaistumisgeenejä p53:n solusyklistä poistumiseen7,89,99,100,102,105,108,109,110,111 (taulukko 2; kuva 5c, d).

Moninaisia muitakin korepressoreita on tutkittu potentiaalisina molekyylikohteina syövän epigeneettisessä hoidossa. Esimerkiksi histonideasetylaasi-entsyymit (HDAC) ovat keskeisiä korepressoreita, jotka rekrytoituvat TF-keskittymiin monissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa, ja ne ovat tunnettuja geeniekspression epigeneettisiä suppressoreita5,6,88,89. Monissa prekliinisissä tutkimuksissa HDAC-entsyymejä on tutkittu mahdollisina solujen erilaistumisen edistäjinä94,95. Yksi ongelma HDAC-entsyymien kohdentamisessa on kuitenkin niiden pleiotrooppiset solutoiminnot – jopa kohdistettu aktiivisuus voi siten aiheuttaa tahattomia sivuvaikutuksia. Muita yleisiä monissa ihmisen pahanlaatuisissa kasvaimissa ylösreguloituja corepressoreita ovat lysiinidemetylaasientsyymit, kuten KDM1A (kuva 4b). Useissa tutkimuksissa on osoitettu, että KDM1A:n farmakologinen kohdentaminen indusoi erilaistumista, ja asiaan liittyvät kliiniset tutkimukset ovat parhaillaan käynnissä112,113,114,115,116. Carugo ym. osoittivat hiljattain korkean läpimenon pan-syöpä in vivo -seulan avulla yhteyden WDR5-korepressorin ja PDAC:n PDAC:n MYC-välitteisen jatkuvan proliferaation välillä117. WDR5:n häiritseminen estomäärityksillä johti kasvaimen etenemisen pysähtymiseen ja eloonjäämisen lisääntymiseen PDAC117:n PDX-hiirimalleissa. Tässä systemaattisessa katsauksessa olemme dokumentoineet muita corepressoreita, jotka on rekrytoitu monien ihmisen pahanlaatuisten syöpäkasvainten master TF-keskittymiin ja jotka vaativat lisää geneettistä ja farmakologista validointia ehdokkaina molekyylikohteiksi, jotka tehostavat erilaistumista. Näitä ovat HES1, BAZ1A/B, BAZ2A, EED, SUZ12 ja UHRF1 (kuvat 4b, 5b; taulukko 1). Lisäksi havaittiin, että näiden corepressoreiden regulaatio oli yhteydessä pitkälle edenneisiin kliinisiin patologisiin vaiheisiin, mikä viittaa suoraan vaikutukseen erilaistumisen tukahduttamiseen. Esimerkiksi HES1 havaittiin yleisimmin ylösreguloituneeksi korepressoriksi OVC:ssä (kuva 4b), ja vaiheen III ja IV OVC:ssä HES1:n kasvu oli suurempaa verrattuna vaiheisiin I ja II (kuva 4c). Näin ollen HES1:n estohoito voi olla elintärkeää OVC:n erilaistamishoidossa. Tämä kuvio havaittiin myös BAZ1B:n osalta PDAC:ssa ja KDM1B:n osalta HCC:ssä (kuvat 4b, d, e). Nämä havainnot viittaavat siihen, että näissä pahanlaatuisissa kasvaimissa näiden avainentsyymien kohdentaminen erilaistumisen indusoimiseksi voisi tarjota lisähoitostrategioita, joilla kierretään p53-järjestelmän vikoja.