L’amplificazione di MYC diminuisce la sopravvivenza in diversi tumori maligni umani
Una delle TF chiave che regola la proliferazione delle cellule dei mammiferi è l’oncoproteina virale della mielocitomatosi (MYC), la cui funzione è conservata attraverso le gerarchie evolutive27,28,29,30,31. Fisiologicamente, la proliferazione regolata da MYC è succeduta da programmi di lineage-differenziazione che antagonizzano MYC per terminare la proliferazione20. Abbiamo analizzato le alterazioni di MYC con due approcci. In primo luogo, abbiamo analizzato il numero di copia (CN) alterazioni al locus MYC utilizzando TCGA e ICGC dati disponibili attraverso la piattaforma cBioPortal e trovato frequenti amplificazioni e guadagni di MYC (Fig. 1a). Abbiamo poi avuto accesso ai dati TCGA pan-cancro (PANCAN) contenenti 11.000 pazienti attraverso 33 dei tumori più prevalenti e li abbiamo analizzati attraverso Xena Browser. MYC era altamente amplificato in questi tumori maligni8,10. In entrambi i set di dati MYC CN cambiamenti sono stati determinati utilizzando il metodo GISTIC punteggio, dove i valori di -2,-1,0,1,2, rappresentato delezione omozigote, delezione eterozigote, diploide, amplificazione di basso livello, o alto livello amplificazione32. Abbiamo poi eseguito un’analisi di sopravvivenza utilizzando i punteggi GISTIC che prevedevano la delezione di basso livello/wild-type MYC, rispetto al guadagno/amplificazione utilizzando il dataset PANCAN. L’amplificazione di MYC ha correlato con una ridotta sopravvivenza complessiva (p < 9.784 × 10-11, n = 2628) rispetto ai casi con MYC CN WT/delezioni di basso livello (n = 1352) (Fig. 1b). Abbiamo poi analizzato la correlazione tra i punteggi GISTIC al locus MYC vs l’espressione di MYC mRNA e la sopravvivenza dei pazienti. C’era una forte correlazione (spearman r = 0,3339, p < 0,0001, n = 9697) tra il punteggio GISTIC di MYC e l’espressione di MYC mRNA (Fig. 1c). Alti (n = 1762) vs. bassi n = 1776) livelli di MYC mRNA sono stati associati ad una ridotta (p < 5.609 × 10-8) sopravvivenza globale (Fig. 1d). Così, MYC è un oncogene vitale in molti tumori maligni umani e l’identificazione di meccanismi per antagonizzare MYC nel cancro potrebbe avere applicazioni terapeutiche. La funzione di MYC è conservata attraverso le gerarchie evolutive27,28,29,30,31. Il semplice ciclo di vita dei protozoi richiede MYC per generare cellule figlie che assomigliano alle loro cellule parentali ad ogni divisione cellulare27,29. L’evoluzione da organismo unicellulare a organismi multicellulari ha portato a un uso intenso di energia per aprire la cromatina ed esporre il DNA nudo permettendo ai TF del lignaggio di legare e attivare centinaia di geni di differenziazione terminale che guidano il destino cellulare e la specializzazione in vari strati di cellule. Questo processo non richiede cellule attivamente proliferanti. Quindi, la proliferazione mediata da MYC è potentemente antagonizzata in questa fase33,34 (Fig. 1e). Questa forma di potente antagonismo di MYC è anche necessaria per l’esistenza della multicellularità29,35. In modo convincente, l’infezione di organismi multicellulari con protozoi parassiti aumenta la trasformazione delle cellule infettate in cellule proliferative attraverso meccanismi complessi che attivano la proteina MYC e sopprimono i TF di differenziazione27,29,36.
a I dati TCGA e IGCG sono stati analizzati attraverso cBioPortal per determinare le aberrazioni al locus MYC utilizzando punteggi GISTIC preassegnati in più tumori da diversi tipi di tessuto. b Abbiamo analizzato i set di dati TCGA PANCAN disponibili attraverso il TCGA hub in Xena Browser. L’analisi di sopravvivenza dei casi con aumento del numero di copie (CN) e amplificazione ai loci MYC rispetto a quelli con CN WT/minor deletion di MYC ha dimostrato una significativa sopravvivenza globale (p-value < 9.784E-11, LogRank test, n = 1352 WT/minor del, 2628 CN gain and amplification). Dati di sopravvivenza analizzati in Xena Browser (https://xenabrowser.net/) c Anlisi di MYC GISTIC Score vs. MYC mRNA expression usando PANCAN RNA-seq dati disponibili in TCGA hub in Xena Browser. C’era una forte correlazione con spearman r = 0.3339, p < 0.0001, n = 9697. d Analisi di sopravvivenza dei pazienti con aumentato MYC mRNA rispetto a quelli con diminuita espressione MYC mRNA. I livelli di espressione sono normalizzati rispetto ai livelli di espressione nei tessuti normali. L’aumento di MYC mRNA è stato associato ad una scarsa sopravvivenza (n = 1762) rispetto alla diminuzione di MYC mRNA (n = 1776, p = 5.06 × 10-18 e Rappresentazione schematica della differenziazione dei metazoi e come la differenziazione è bloccata nelle cellule maligne. Il continuum di differenziazione è iniziato attraverso l’impegno del lineage delle cellule staminali, seguito dalla proliferazione esponenziale dei precursori/progenitori dei tessuti mediata da due copie del gene MYC. Per mantenere l’omeostasi, la proliferazione mediata da MYC è dominantemente antagonizzata dalle vie di differenziazione terminale. f I tumori maligni umani hanno una differenziazione alterata che non riesce ad antagonizzare il gene MYC permettendo la proliferazione esponenziale dei precursori dei tessuti
A differenza delle cellule normali, le cellule maligne subiscono la proliferazione senza differenziazione terminale (Fig. 1e, f). Questo processo aberrante dipende fortemente dalla stabilizzazione di MYC e delle sue co-proteine che modulano la crescita e la divisione cellulare17,20,37,38,39. Alterazioni genetiche ed epigenetiche assicurano che la proliferazione persistente dei progenitori impegnati nel lineage avvenga senza differenziazione finale nelle cellule tumorali (Fig. 1e)7. In primo luogo, la proliferazione persistente è raggiunto da upregulation coerente e guadagni cromosomici del locus genetico che codifica il gene MYC nei tumori maligni umani (Fig. 1a). L’amplificazione di MYC predice una scarsa sopravvivenza complessiva (LogRank p-value = 9.784 × 10-11, n = 3980) (Fig. 1a, b). In studi che utilizzano modelli di topi geneticamente modificati (GEMM) o modelli xenografici di cancro, antagonizzando MYC si sostiene la regressione del tumore in più tumori39,40,41. Per esempio, Shachaf et al. hanno sviluppato un modello di topo transgenico che esprime condizionatamente MYC negli epatociti usando l’espressione controllata dalla tetraciclina39. L’inattivazione di Myc ha indotto la regressione dell’HCC murino aumentando gli epatociti e la differenziazione delle cellule epatobiliari, la perdita del marcatore HCC α-fetoproteina, e la proliferazione soppressa39. In un modello xenograft PDAC, Zhang et al. hanno preso di mira la dimerizzazione MYC-MAX con una piccola molecola (10058-F4) che interrompe l’attività trascrizionale di MYC40. L’aggiunta di 10058-F4 alla gemcitabina ha portato a una drastica attenuazione della tumorigenesi rispetto al trattamento singolo agente40. Utilizzando un modello murino di cancro al polmone guidato da Kras, Soucek et al. hanno preso di mira MYC utilizzando un mutante dominante negativo del dominio di dimerizzazione di MYC che interrompe il legame di MYC all’elemento di risposta canonico Myc E-box ‘CACGTG’, inibendo così l’attività di transattivazione di MYC41. L’inibizione della transattivazione di MYC ha aumentato la sopravvivenza dei topi terminando la crescita del cancro ai polmoni41.
Da una prospettiva traslazionale, esistono varie sfide nel tentativo di mirare direttamente a MYC farmacologicamente42. La sfida più importante è che la proliferazione è una caratteristica dei progenitori normali e tale terapia potrebbe avere uno scarso indice terapeutico20. Inoltre, i tumori hanno sfondi genetici eterogenei che contribuiscono a sostenere l’attività di MYC. Pertanto, per comprendere i meccanismi che antagonizzano le azioni eccessive di MYC, è imperativo definire i metodi fisiologici evolutivamente conservati con cui i progenitori normali antagonizzano MYC per spegnere la proliferazione intensa e come questi possono essere ripristinati nel cancro.
Terminare la proliferazione coinvolgendo l’apoptosi è tossico per le normali cellule in divisione
Per mantenere la coesione e l’integrità tra diversi tipi di cellule, gli organismi multicellulari hanno evoluto un sistema di controlli ed equilibri conosciuti collettivamente come apoptosi43,44. I TF principali dell’apoptosi p53 (TP53) e il suo cofattore p16 o p14ARF (CDKN2A) svolgono ruoli cruciali arrestando le cellule in proliferazione per permettere la riparazione dei danni, o avviando un suicidio ordinato se tali danni non possono essere riparati45,46. Durante l’embriogenesi, l’espressione di p53 è downregolata forse perché le cellule staminali embrionali si autorinnovano senza proliferare esponenzialmente47,48,49. Studi funzionali sull’espressione differenziale di p53 utilizzando saggi reporter hanno dimostrato un’espressione più alta nelle fasi successive dello sviluppo e una diminuzione dell’espressione nelle cellule differenziate terminalmente48. Durante la divisione cellulare, le vie di p53 antagonizzano potentemente le vie di MYC per fermare la proliferazione permettendo alle cellule danneggiate di subire la riparazione; le cellule irreparabili si autodistruggono attraverso l’apoptosi irreversibile per proteggere l’integrità dell’intero organismo43. Poiché i topi p53-knockout (KO) hanno uno sviluppo normale e non sono ingranditi50, questo illustra che le vie dell’apoptosi non sono i meccanismi dominanti usati dai lineage-progenitori per terminare la proliferazione esponenziale. Così, i topi che esibiscono un doppio KO di Trp53 e Phosphatase and tensin homolog (Pten) sviluppano tumori di glioma non riuscendo ad antagonizzare MYC, ma questo fenotipo si osserva solo nei knockout doppi di Trp53 e Pten45,46. Nel PDAC la mutazione genica più frequente è KRAS (~92%). I GEMM in cui KRAS mutante (topi KC) è espresso nelle cellule del pancreas sviluppano PDAC nel 30-40% dei casi a ~ 8-12 mesi di età51. L’aggiunta di Trp53 mutante al suddetto GEMM (topi KPC) aumenta la penetranza del PDAC e diminuisce la sopravvivenza a ~5 mesi, mentre i topi KC con delezione di Ink4a sopravvivono per ~2-3 mesi52,53. I topi con Trp53 mutante solo senza Kras mutante non sviluppano PDAC53. Al contrario, in modelli murini di cancro ovarico è stato dimostrato che l’inattivazione di Trp53 provoca tumori invasivi ma lo sviluppo del tumore è accelerato nei topi con inattivazione concomitante di Brca1 e Trp5354.
TP53 e CDKN2A sono frequentemente inattivati bi-allelicamente nei tumori maligni umani (Fig. 2a). Tale inattivazione ha un impatto importante sul trattamento7. Per terminare la proliferazione maligna, i chemioterapici convenzionali mirano a upregolare p53/p16 inducendo uno stress citotossico che imita gli attivatori fisiologici di questo percorso55. Poiché le cellule maligne e le cellule normali coesistono nello stesso ambiente, tale trattamento ha un indice terapeutico sfavorevole, poiché questi geni sono mutati/fisicamente non disponibili nelle cellule maligne, ma intatti nelle cellule normali. Sono stati studiati diversi metodi per riattivare l’apoptosi nella terapia del cancro, ma è stato difficile affrontare questo problema fondamentale dell’indice terapeutico56. I progressi nelle tecniche genomiche indicano che quando i geni TP53/CDKN2A sono wild-type, come nel cancro testicolare, il trattamento con chemioterapia citotossica (ad esempio, cisplatino) produce risposte complete che aumentano la sopravvivenza globale e libera da malattia57 (Fig. 2a, b). I tumori con alti tassi di inattivazione di TP53/CDKN2A non mostrano queste risposte che portano alla resistenza a trattamenti multipli basati sull’apoptosi (ampia chemio-resistenza e radio-resistenza) (Fig. 2a, b, e, f)7. Anche diversi tipi di tumore provenienti dallo stesso organo hanno migliori risposte alla terapia se i geni dell’apoptosi sono intatti. Per esempio, le mutazioni TP53 e CDKN2A si verificano in ~70 e 90% dei PDAC, rispettivamente58 (Fig. 2a). Il tasso complessivo di sopravvivenza a 5 anni nel PDAC è ~9% anche quando si includono i pazienti trattati con chemioterapia o terapie combinate e/o chirurgia59,60. Al contrario, i tumori neuroendocrini pancreatici (PNET), generalmente non ospitano mutazioni TP53, mostrano solo minime delezioni di CDKN2A61, e hanno un tasso di sopravvivenza a 5 anni di >50% quando trattati con terapia che induce l’apoptosi62. Allo stesso modo, il glioblastoma multiforme (GBM) presenta una varietà di caratteristiche cliniche, istopatologiche e molecolari, e ospita mutazioni TP53 in ~30% dei casi primari e ~65% dei GBM secondari63,64. Le cellule di glioma con WT TP53 sono reattive allo stress citotossico indotto dagli agenti chemioterapici clinicamente disponibili rispetto a quelle con TP53 mutante trascrizionalmente silenziato65,66,67. Inoltre, nel modello di topo Trp53 indotto di PDAC (KPC), inattivazione genetica di un allele di Myc sensibilizza la risposta terapeutica gemcitabina40. Abbiamo quindi analizzato i dati genomici confrontando i primi dieci tumori maligni con una frequenza elevata di alterazioni TP53/CDKN2A (TP53/CDKN2A-high) con gli ultimi dieci tumori maligni con alterazioni TP53/CDKN2A a bassa frequenza (TP53/CDKN2A-low) (Fig. 2b, c). Abbiamo trovato che 7/10 dei tumori TP53/CDKN2A-alto avevano una diminuzione della sopravvivenza libera da malattia e complessiva quando questi geni erano mutati (Fig. 2b; Tabella S1) (p-valori < 0,05). Coerentemente, anche nei casi TP53/CDKN2A-bassi, c’era una diminuzione della sopravvivenza libera da malattia e complessiva quando questi geni erano alterati (p-valori < 0,05) (Fig 2c; Tabella S1). Così, il tasso di alterazioni nei geni dell’apoptosi è inferiore nei tumori maligni curabili (cancro testicolare/ALL pediatrico) rispetto ai tumori altamente refrattari/resistenti al trattamento (PDAC/HCC) (Fig. 2g). Durante la maturazione fisiologica, WT TP53 induce l’apoptosi irreversibile delle cellule malsane per mantenere l’integrità dell’intero organismo (Fig. 2h). Al contrario, l’evoluzione oncogenica muta i mediatori dell’apoptosi portando alla resistenza all’induzione dell’apoptosi (Fig. 2h).
a I dati sono stati scaricati da TCGA e ICGC e analizzati in cBioPortal per le mutazioni nei geni TP53 e CDKN2A. b Top 10 tumori maligni con alte alterazioni TP53/CDKN2A (TP53/CDKN2A high). *Casi in cui queste alterazioni sono state collegate a una scarsa sopravvivenza libera da malattia o complessiva con un p-value < 0,05 (Tabella S1). c I 10 casi inferiori con meno frequenza di alterazioni in TP53/CDKN2A (TP53/CDKN2A basso). *Casi in cui queste alterazioni sono state collegate ad una scarsa sopravvivenza libera da malattia o complessiva con un p-value ≤ 0.05 d Sopravvivenza libera da malattia del cancro ai testicoli, casi con alterazioni minori (guadagni, e perdita eterozigote di un allele in TP53 e CDKN2A) vs. casi con TP53 e CDKN2A wild type (p-value = 0.211, LogRank test). e La sopravvivenza libera da malattia dei casi di cancro al pancreas con TP53 mutante e CDKN2A era significativamente più bassa rispetto ai casi con TP53 e CDKN2A wild-type (p-value = 0.0078, test LogRank). f La sopravvivenza libera da malattia del cancro al fegato era anche significativamente più bassa nei casi di TP53 mutante e CDKN2A rispetto a quelli wild-type (p-value = 0,0068, test LogRank). g L’analisi quantitativa delle mutazioni TP53 e CDKN2A ha dimostrato una minore frequenza di alterazione di questi geni nei tumori maligni umani curabili rispetto a quelli altamente refrattari/resistenti al trattamento. h Durante la maturazione fisiologica, le cellule malate con WT p53/p16 vanno incontro ad apoptosi irreversibile. Le alterazioni di queste proteine sostengono l’evoluzione oncogenica che porta alla proliferazione aberrante senza apoptosi
Alterazioni genetiche ed epigenetiche dei geni di differenziazione nel cancro
Le neoplasie umane più aggressive sono poco differenziate13. Mentre la differenziazione contribuisce alla scarsa sopravvivenza in molteplici tumori maligni umani, i meccanismi che sostengono l’impedimento della differenziazione nelle cellule maligne sono per lo più poco chiari, ma stanno emergendo nuove conoscenze5,6,7. Abbiamo identificato i TF chiave del lineage master per lo sviluppo dell’ovaio, del pancreas e del fegato usando studi pubblicati sulla conversione del lineage o studi con modelli murini transgenici6,68,69,70,71,72,73,74 (Tabella 1). I programmi di differenziazione cellulare e di impegno del lignaggio sono dettati da questa manciata di TF principali e dai loro cofattori. Mentre più cofattori hanno ruoli importanti, il più vitale di questi sono coattivatori trascrizionali e corepressori che usano ATP per rimodellare la cromatina per accendere o spegnere i geni target33,34,75. Di conseguenza, abbiamo analizzato le alterazioni genetiche nei TF di lignaggio, i loro coattivatori e corepressori in OVC, PDAC e HCC (Tabella 1).
Siccome le cellule maligne non possono sopprimere completamente la differenziazione, poiché è un continuum lungo il quale esistono tutte le cellule, i TF principali che specificano l’impegno in vari lignaggi non sono quasi mai completamente inattivati dalla mutazione ma sono spesso aploinsufficienti (Fig. 3a; Tabella 1). Questa dose-riduzione è sufficiente per bloccare i progressi lungo il continuum di differenziazione nei suoi punti più proliferativi 5,6,7. Per esempio, la perdita FOXL1 era frequente in OVC (Fig. 3a), e la frequenza di perdita FOXL1 era più alta in OVC scarsamente differenziato (Fig. 3b). Questo modello era simile per GATA4 in PDAC e HCC, anche se queste neoplasie avevano un piccolo numero di pazienti che sopravvivevano oltre gli stadi I e II (Fig. 3b, c). Abbiamo identificato i partner di interazione chiave che sono coattivatori e corepressori di vari TFs specifici del lignaggio (Tabella 1) mediante analisi della letteratura e dati depositati nel database UniProt (http://www.uniprot.org/). Per aumentare la differenziazione in stallo, i coattivatori sono stati trovati frequentemente inattivati e cancellati (Tabella 1; Fig. 4a) favorendo la repressione dei geni a valle mirati da TFs chiave. Nuove linee di evidenza ora implicano che tali alterazioni compromettono le vie che mediano la differenziazione terminale6,7,76. Le prime scoperte sulle funzioni di questi enzimi coattivatori hanno dimostrato che il loro ruolo in fisiologia era quello di utilizzare l’ATP per mobilitare le interazioni istone-DNA in modo tale che il DNA nudo fosse esposto, permettendo così alle TF di legarsi e attivare i geni bersaglio33,34,75,77. Questo processo è conservato nell’evoluzione dal lievito78, uno dei più semplici metazoi, all’homo-sapiens77. L’inattivazione di questi geni nel cancro potrebbe essere un tentativo di compromettere la capacità dei coattivatori di esporre il DNA ai master TF che attivano i geni a valle. Un indizio importante per questa ipotesi è che i TFs master del lignaggio sono selettivi nel loro uso di specifici coattivatori per mediare l’attivazione dei geni del lignaggio (Tabella 1). Un altro indizio è che le cellule maligne tendono a perdere un allele dei TF che specificano il lineage, un evento che può essere sufficiente per consentire l’impegno del lineage ma insufficiente per la differenziazione terminale6,7 (Fig. 3a; Tabella 1). Per esempio, i progenitori epatici richiedono la cooperazione tra GATA4 e FOXA1 per reclutare coattivatori (ad esempio, ARID1A) e mediare l’attivazione dei geni di differenziazione degli epatociti. In HCC, perdita eterozigote di GATA4 è frequente (68%, n = 366, Fig. 3a; Tabella 1) e mutazioni inattivanti in ARID1A sono comuni (44%, n = 366, Fig. 4a; Tabella 1)6. La differenziazione epatica è compromessa e la proliferazione migliorata nei fegati con Gata4 o Arid1a epatico-condizionato aploinsufficienza 6,76,79. Inoltre, la reintroduzione di GATA4 in GATA4 deficiente HCC, o ARID1A in ARID1A mutato ma GATA4 intatto HCC, attiva centinaia di geni epitelio-differenziazione epatocitaria6. I TF principali del lignaggio pancreatico includono GATA4 e GATA680,81. Perdite di numero di copie di un allele di questi fattori sono visti in PDAC, con perdita di mutazioni di funzione in coattivatori anche osservato (Tabella 1; Figg. 3a, 4a). Tuttavia, i PDAC hanno anche mostrato un’alta incidenza di amplificazione o guadagno di GATA4 e GATA6, suggerendo che in alcuni casi questi TF possono conferire un vantaggio di crescita alle cellule tumorali pancreatiche. In OVC, un allele di FOXL182,83 è spesso perso (80%, Fig. 3a; Tabella 1 n = 316), mentre i coattivatori, come ARID3A e ARID3B, sono spesso inattivati (Tabella 1; Fig. 4a). Così, al centro della trasformazione maligna, l’impedimento della differenziazione migliora abitualmente la proliferazione maligna e si ottiene attraverso l’aploinsufficienza dei TFs principali e l’inattivazione dei coattivatori che usano. Questa comprensione potrebbe portare a trattamenti che mirano a riattivare la differenziazione in avanti, come alternativa all’apoptosi, come mezzo per terminare la proliferazione maligna.
a Analisi dei dati TCGA depositati in cBioPortal per determinare le alterazioni dei fattori di trascrizione master di vari lineage (Tabella 1). I fattori di trascrizione chiave che specificano il lignaggio erano per lo più aploinsufficienti (delezione/perdita eterozigote) nelle cellule maligne o contenevano frequenti amplificazioni e guadagni. Nessuno dei fattori di trascrizione aveva mutazioni bialleliche frameshift inattivanti. Così differenziazione in stallo si verifica attraverso aploinsuffiency genetica di fattori di trascrizione chiave lineage specifico6. b Analisi di delezioni FOXL1 attraverso vari gradi di differenziazione gradi (gradi patologici) del cancro ovarico. c Analisi di delezioni GATA4 attraverso vari gradi di differenziazione gradi di cancro al pancreas (PDAC). d Analisi delle delezioni di GATA in vari gradi di differenziazione del cancro al fegato (HCC)
I datiTCGA sono stati analizzati in cBioPortal per determinare le alterazioni genetiche frequenti negli enzimi corepressori trascrizionali e coattivatori (Tabella 1). a Mutazioni inattivanti, mutazioni bi-alleliche e frameshift e delezioni di enzimi coattivatori trascrizionali nei tumori dell’ovaio, del pancreas e del fegato (Tabella 1). b L’aumento del numero di copie (CN) e le amplificazioni dei corepressori sono stati osservati frequentemente in vari tumori tra cui il cancro dell’ovaio (OVC), il cancro del pancreas (PDAC) e il cancro del fegato (HCC) (Tabella 1). c Analisi degli aumenti CN di HES1 in vari gradi di differenziazione (gradi patologici) di OVC. d Analisi dei guadagni CN di BAZ1B attraverso vari gradi di differenziazione PDAC. e Analisi dei guadagni CN di KDM1B attraverso vari gradi di differenziazione HCC
Enzimi corepressivi: bersagli emergenti per l’oncoterapia che ripristina la differenziazione
Un enhanceosoma è composto da complessi multiproteici che cooperano per attivare geni di un determinato lineage84,85, ad es, gli enhanceosomi epatici attivano i geni degli epatociti6, mentre gli enhanceosomi pancreatici e ovarici attivano rispettivamente i geni pancreatici86 e ovarici87. L’interruzione genetica di questa cooperazione può spostare il contenuto di questi hub proteici dai coattivatori ai corepressori che reprimono invece i geni del lignaggio76,88,89. Tale repressione è ulteriormente abilitata dallo stato intrinseco della cromatina chiusa dei geni di differenziazione terminale, in contrasto con la cromatina intrinsecamente aperta a proliferazione e geni di differenziazione precoce 6,7,90.
Perché la proliferazione esponenziale si verifica disaccoppiato da forward-differenziazione, un alto grado di attività corepressore è necessario per il silenziamento epigenetico di lineage-differenziazione geni. Di conseguenza, attività aberrante corepressore è frequentemente osservato in cellule maligne, dove centinaia di geni di differenziazione terminale hanno accumulo di corepressori attivi6,89. A differenza dei coattivatori, che sono frequentemente inattivati da mutazioni/delezioni genetiche6 , i corepressori sono spesso wild-type o amplificati nelle cellule maligne (Tabella 1; Fig. 4b). L’enzima DNA metil transferasi 1 (DNMT1) è un corepressore per la master TF e anche la metiltrasferasi di mantenimento che ricapitola la metilazione CpG sul filamento di DNA appena sintetizzato quando le cellule attraversano i cicli di divisione91,92,93. Nei dati TCGA PANCAN, alti livelli di DNMT1 sono associati a una scarsa sopravvivenza (p < 0,00001, n = 5145), rispetto ai casi con bassi livelli di DNMT1 (n = 5199) (Fig. 5a). Ciò suggerisce un ruolo importante di questo enzima in numerosi tumori umani. Pertanto, nell’ultimo decennio si sono sviluppati molteplici studi che tentano di sviluppare interventi terapeutici mirati a DNMT1 nella terapia del cancro94,95,96,97,98,99,100,101,102. Allo stesso modo, Ubiquitin-like, contenente PHD e RING finger domains, 1, (UHRF1), coopera strettamente con DNMT1 nella regolazione della metilazione del DNA103,104. Abbiamo analizzato i livelli di espressione di UHRF1 nel dataset PANCAN e abbiamo trovato che alti livelli di espressione UHRF1 (p < 0,0001, n = 5150) hanno fortemente predetto tassi di sopravvivenza poveri rispetto ai bassi livelli (n = 5189) (Fig. 5b), illustrando l’importanza di questi geni di metilazione nei tumori umani.
a L’upregolazione dell’mRNA del corepressore DNMT1 predice una scarsa sopravvivenza in diversi tumori maligni umani nei dati TCGA PANCAN. b L’upregolazione dell’mRNA del corepressore UHRF1 (che collabora con DNMT1 per attività di repressione epigenetica) predice una scarsa sopravvivenza in diversi tumori maligni umani nei dati TCGA PANCAN. c Esempio di modello in PDAC alterazioni dei coattivatori e dei corepressori e piccole molecole candidate che possono essere usate come terapia con corepressori. d Riassunto schematico del modello per una terapia di ripristino della differenziazione indipendente da p-53. Le cellule non maligne (cellule normali) hanno fattori di trascrizione intatti che specificano il lineage per la determinazione del destino cellulare e che reclutano dinamicamente gli enzimi coattivatori e corepressori per attivare o disattivare i geni di differenziazione. La riduzione della dose di geni mediante delezione eterozigote di un fattore di trascrizione principale e mutazioni inattivanti nei suoi coattivatori compromette epigeneticamente la componente di attivazione dei geni di differenziazione6. Amplificazioni aberranti negli enzimi corepressori trascrizionali facilitano uno stato di cromatina chiusa e silenziano epigeneticamente centinaia di geni di differenziazione6, 7 (Tabella 1). Questa modalità di alterazione è clinicamente rilevante e può essere sviluppato per sopprimere la proliferazione anche in TP53 mutante malignità102, 105
DNMT1-depletion senza citotossicità ha benefici terapeutici anche nella sindrome mielodisplastica (MDS) e leucemia mieloide acuta (AML) contenente p53-sistema difetti102,105, e sono in corso molteplici studi clinici per valutare la deplezione di DNMT1 in modo più ampio nella terapia del cancro (anche se la decitabina e la 5-azacitidina utilizzate per depleggere DNMT1 hanno limiti farmacologici che possono minare la loro capacità di deplezione di DNMT1 dai tumori solidi) (Tabella 2). Nella leucemia promielocitica acuta (APL), le remissioni complete sono raggiunte dalla combinazione di arsenico con acido retinoico per inibire i corepressori reclutati sulla proteina di fusione leucemica PML-RARA106,107. Poiché i corepressori non sono mutati e hanno attività aberrante nel cancro, sono bersagli molecolari sufficienti e logici che possono coinvolgere i geni di differenziazione terminale per le uscite del ciclo cellulare p537,89,99,100,102,105,108,109,110,111 (Tabella 2; Fig. 5c, d).
Vari altri corepressori sono stati anche studiati come potenziali obiettivi molecolari per la terapia epigenetica del cancro. Per esempio, gli enzimi istone deacetilasi (HDAC) sono corepressori chiave reclutati negli hub TF di molti tumori maligni umani e sono noti soppressori epigenetici dell’espressione genica5,6,88,89. In molti studi pre-clinici, gli enzimi HDAC sono stati studiati come potenziali induttori della differenziazione cellulare94,95. Un problema con il targeting HDACs, tuttavia, è la loro funzione cellulare pleiotropica – anche l’attività on-target può quindi produrre effetti collaterali indesiderati. Altri comuni coregolatori upregolati in molti tumori maligni umani sono gli enzimi demetilasi della lisina come KDM1A (Fig. 4b). Vari studi hanno dimostrato l’induzione di differenziazione da targeting farmacologico di KDM1A e relativi studi clinici sono attualmente in corso 112,113,114,115,116. Utilizzando uno schermo in vivo pan-cancro high throughput, Carugo et al. hanno recentemente dimostrato un legame tra il corepressore WDR5 e la proliferazione sostenuta mediata da MYC di PDAC117. L’interruzione di WDR5 attraverso saggi di inibizione ha portato all’arresto della progressione tumorale e all’aumento della sopravvivenza in modelli di topo PDX di PDAC117. In questa revisione sistematica, abbiamo documentato ulteriori corepressori reclutati negli hub master TF di molti tumori maligni umani che richiedono ulteriore convalida genetica e farmacologica come bersagli molecolari candidati che migliorano la differenziazione. Questi includono HES1, BAZ1A/B, BAZ2A, EED, SUZ12 e UHRF1 (Figg. 4b, 5b; Tabella 1). Inoltre, l’upregulation di questi corepressori è stata trovata legata a stadi patologici clinici avanzati, suggerendo un effetto diretto sulla soppressione della differenziazione. Per esempio, HES1 è stato trovato come il corepressore più frequentemente upregolato in OVC (Fig. 4b), e stadio III e IV OVC aveva più alti guadagni HES1 rispetto alle fasi I e II (Fig. 4c). Così, la terapia di inibizione HES1 può essere vitale per la terapia di differenziazione OVC. Questo modello è stato visto anche per BAZ1B in PDAC e KDM1B in HCC (Fig. 4b, d, e). Queste osservazioni suggeriscono che, in questi tumori maligni, il targeting di questi enzimi chiave per l’induzione della differenziazione potrebbe fornire ulteriori strategie terapeutiche che aggirano i difetti del sistema p53.