Terapia de diferențiere și mecanismele care pun capăt proliferării celulelor canceroase fără a afecta celulele normale

, Author

Amplificarea MYC scade supraviețuirea în mai multe tumori maligne umane

Una dintre principalele TF care reglează proliferarea celulelor mamiferelor este oncoproteina virală a mielocitomatozei (MYC), a cărei funcție este conservată de-a lungul ierarhiilor evolutive27,28,29,30,31. Din punct de vedere fiziologic, proliferarea reglată de MYC este înlocuită de programe de diferențiere a liniei care antagonizează MYC pentru a pune capăt proliferării20. Am analizat alterările MYC prin două abordări. În primul rând, am analizat alterările numărului de copii (CN) la nivelul locusului MYC utilizând datele TCGA și ICGC disponibile prin intermediul platformei cBioPortal și am constatat amplificări și câștiguri frecvente ale MYC (Fig. 1a). Apoi, am accesat datele TCGA pan-cancer (PANCAN) care conțin 11.000 de pacienți din 33 dintre cele mai răspândite tumori și le-am analizat prin intermediul Xena Browser. MYC a fost puternic amplificat în toate aceste tumori maligne8,10. În ambele seturi de date, modificările MYC CN au fost determinate prin metoda scorului GISTIC, în care valorile de -2,-1,0,1,2, reprezentau deleție homozigotă, deleție heterozigotă, diploidă, amplificare de nivel scăzut sau amplificare de nivel ridicat32. În continuare, am efectuat o analiză de supraviețuire folosind scorurile GISTIC care prezic o deleție de nivel scăzut/un tip de MYC de tip natural, comparativ cu o amplificare/un câștig, folosind setul de date PANCAN. Amplificarea MYC s-a corelat cu o scădere a supraviețuirii globale (p < 9,784 × 10-11, n = 2628) în comparație cu cazurile cu MYC CN WT/ deleții de nivel scăzut (n = 1352) (Fig. 1b) (Fig. 1b). Am analizat apoi corelația dintre scorurile GISTIC la nivelul locusului MYC vs. expresia ARNm MYC și supraviețuirea pacienților. A existat o corelație puternică (spearman r = 0,3339, p < 0,0001, n = 9697) între scorul GISTIC MYC și expresia ARNm MYC (Fig. 1c). Nivelurile ridicate (n = 1762) față de cele scăzute (n = 1776) ale ARNm MYC au fost asociate cu o scădere (p < 5,609 × 10-8) a supraviețuirii globale (Fig. 1d). Astfel, MYC este o oncogenă vitală în multe tumori maligne umane, iar identificarea mecanismelor de antagonizare a MYC în cancer ar putea avea aplicații terapeutice. Funcția MYC este conservată în toate ierarhiile evolutive27,28,29,30,31. Ciclul de viață simplu al protozoarelor necesită MYC pentru a genera celule fiice care să semene cu celulele parentale la fiecare diviziune celulară27,29. Evoluția de la organisme unicelulare la organisme pluricelulare a dus la utilizarea intensă a energiei pentru a deschide cromatina și pentru a expune ADN-ul gol, permițând TF-urilor de linie să se lege și să activeze sute de gene de diferențiere terminală care ghidează destinul celular și specializarea în diferite straturi de celule. Acest proces nu necesită celule care să prolifereze în mod activ. Prin urmare, proliferarea mediată de MYC este puternic antagonizată în acest stadiu33,34 (Fig. 1e). Această formă de antagonism puternic al MYC este, de asemenea, necesară pentru existența pluricelularității29,35. În mod convingător, infectarea organismelor multicelulare cu paraziți protozoare sporește transformarea celulelor infectate în celule proliferative prin mecanisme complexe care activează proteina MYC și suprimă TF-urile de diferențiere27,29,36.

Fig. 1: Modificări MYC în mai multe tumori maligne umane.

a Datele TCGA și IGCG au fost analizate prin intermediul cBioPortal pentru a determina aberațiile la nivelul locusului MYC utilizând scoruri GISTIC pre-atribuite în mai multe tipuri de cancer din diferite tipuri de țesuturi. b Am analizat seturile de date TCGA PANCAN disponibile prin hub-ul TCGA în Xena Browser. Analiza de supraviețuire a cazurilor cu câștiguri ale numărului de copii (CN) și amplificare la loci MYC față de cele cu CN WT/minor deleție a MYC a demonstrat o supraviețuire generală semnificativă (p-valoare < 9,784E-11, test LogRank, n = 1352 WT/minor del, 2628 câștiguri și amplificări ale CN). Date de supraviețuire analizate în Xena Browser (https://xenabrowser.net/) c Analiză a scorului MYC GISTIC Score vs. expresia ARNm MYC folosind datele PANCAN RNA-seq disponibile în hub-ul TCGA în Xena Browser. A existat o corelație puternică cu spearman r = 0,3339, p < 0,0001, n = 9697. d Analiza de supraviețuire a pacienților cu o expresie crescută a ARNm MYC în comparație cu cei cu o expresie scăzută a ARNm MYC. Nivelurile de expresie sunt normalizate în raport cu nivelurile de expresie din țesuturile normale. ARNm MYC crescut a fost asociat cu o supraviețuire slabă (n = 1762) în comparație cu ARNm MYC scăzut (n = 1776, p = 5,06 × 10-18 e Reprezentare schematică a diferențierii metazoarelor și a modului în care diferențierea este blocată în celulele maligne. Continuumul de diferențiere este inițiat prin angajarea liniei celulelor stem, urmată de proliferarea exponențială a precursorilor/progenitorilor de țesuturi mediată de două copii ale genei MYC. Pentru a menține homeostazia, proliferarea mediată de MYC este antagonizată în mod dominant de căile de diferențiere terminală. f Tumorile maligne umane prezintă o diferențiere afectată care nu reușește să antagonizeze gena MYC, permițând proliferarea exponențială a precursorilor de țesuturi

În comparație cu celulele normale, celulele maligne suferă proliferare fără diferențiere terminală (Fig. 1e, f). Acest proces aberant este puternic dependent de stabilizarea MYC și a coproteinelor sale care modulează creșterea și diviziunea celulară17,20,37,38,39. Modificările genetice și epigenetice asigură faptul că proliferarea persistentă a progenitorilor angajați în linia genetică are loc fără diferențiere finală în celulele canceroase (Fig. 1e)7. În primul rând, proliferarea persistentă este obținută prin creșterea constantă și câștigarea cromozomială a locusului genetic care codifică gena MYC în toate tumorile maligne umane (Fig. 1a). Amplificarea MYC prezice o supraviețuire generală slabă (valoare LogRank p = 9,784 × 10-11, n = 3980) (Fig. 1a, b). În studiile care utilizează modele de șoareci modificați genetic (GEMM) sau modele xenograft de cancer, antagonizarea MYC susține regresia tumorală în mai multe tumori39,40,41. De exemplu, Shachaf și colab. au dezvoltat un model de șoarece transgenic care exprimă condiționat MYC în hepatocite folosind expresia controlată de tetraciclină39. Inactivarea Myc a indus regresia HCC murin crescând diferențierea hepatocitelor și a celulelor hepatobiliare, pierderea markerului HCC, α-fetoproteina, și a suprimat proliferarea39. Într-un model de PDAC xenograft, Zhang et al. au vizat dimerizarea MYC-MAX cu o moleculă mică (10058-F4) care întrerupe activitatea transcripțională a MYC40. Adăugarea de 10058-F4 la gemcitabină a dus la o atenuare drastică a tumorigenezei în comparație cu tratamentul cu un singur agent40. Utilizând un model de cancer pulmonar la șoareci condus de Kras, Soucek și colab. au vizat MYC folosind un mutant dominant negativ al domeniului de dimerizare MYC care întrerupe legarea MYC la elementul de răspuns canonic Myc E-box „CACGTG”, inhibând astfel activitatea de transactivare a MYC41. Inhibarea transactivării MYC a crescut supraviețuirea șoarecilor prin stoparea creșterii cancerului pulmonar41.

Din punct de vedere translațional, există diverse provocări în încercarea de a ținti direct MYC din punct de vedere farmacologic42. Cea mai importantă provocare este faptul că proliferarea este o caracteristică a progenitorilor normali și o astfel de terapie ar putea avea un indice terapeutic slab20. În plus, tumorile au un fond genetic eterogen care contribuie la o activitate MYC susținută. Prin urmare, pentru a înțelege mecanismele care antagonizează acțiunile excesive ale MYC, este imperios necesar să se definească metodele fiziologice conservate din punct de vedere evolutiv prin care progenitorii normali antagonizează MYC pentru a opri proliferarea intensă și modul în care acestea pot fi restabilite în cancer.

Terminarea proliferării prin angajarea apoptozei este toxică pentru celulele normale care se divid

Pentru a păstra coeziunea și integritatea între diferitele tipuri de celule, organismele multicelulare au evoluat un sistem de verificări și echilibre cunoscut colectiv sub numele de apoptoză43,44. TF-urile principale ale apoptozei p53 (TP53) și cofactorul său p16 sau p14ARF (CDKN2A) joacă roluri cruciale prin oprirea celulelor care proliferează pentru a permite repararea daunelor sau prin inițierea unei sinucideri ordonate în cazul în care aceste daune nu pot fi reparate45,46. În timpul embriogenezei, expresia p53 este diminuată, probabil pentru că celulele stem embrionare se autoregenerează fără a prolifera exponențial47,48,49. Studiile funcționale privind expresia diferențială a p53 cu ajutorul testelor reporterilor au demonstrat o expresie mai mare în etapele ulterioare de dezvoltare și o expresie mai redusă în celulele diferențiate în fază terminală48. În timpul diviziunii celulare, căile p53 antagonizează puternic căile MYC pentru a opri proliferarea, permițând celulelor deteriorate să fie reparate; celulele ireparabile sunt supuse autodistrugerii prin apoptoză ireversibilă pentru a proteja integritatea întregului organism43. Având în vedere că șoarecii p53-knock-out (KO) au o dezvoltare normală și nu sunt măriți de volum50, acest lucru ilustrează faptul că că căile de apoptoză nu sunt mecanismele dominante utilizate de către progenitorii de neam pentru a pune capăt proliferării exponențiale. Astfel, șoarecii care prezintă un dublu KO al Trp53 și al omologului fosfatazei și al tensinei (Pten) dezvoltă tumori gliomatoase prin faptul că nu reușesc să antagonizeze MYC, dar acest fenotip se observă numai în cazul dublului knock-out Trp53 și Pten45,46. În PDAC, cea mai frecventă mutație genetică este KRAS (~92%). GEMM-urile la care KRAS mutant (șoareci KC) este exprimat în celulele pancreasului dezvoltă PDAC în 30 până la 40% din cazuri la vârsta de ~8-12 luni51. Adăugarea Trp53 mutant la GEMM de mai sus (șoareci KPC) crește penetranța PDAC și scade supraviețuirea la ~5 luni, în timp ce șoarecii KC cu deleție Ink4a supraviețuiesc timp de ~2-3 luni52,53. Șoarecii cu Trp53 mutant singur, fără Kras mutant, nu dezvoltă PDAC53. În schimb, în modelele de șoareci cu cancer ovarian s-a demonstrat că inactivarea Trp53 are ca rezultat tumori invazive, dar dezvoltarea tumorală este accelerată la șoarecii cu inactivarea concomitentă a Brca1 și Trp5354.

TP53 și CDKN2A sunt frecvent inactivate bi-alelical în toate afecțiunile maligne umane (Fig. 2a). O astfel de inactivare are un impact major asupra tratamentului7. Pentru a pune capăt proliferării maligne, chimioterapicele convenționale au ca scop creșterea nivelului de reglementare a p53/p16 prin inducerea unui stres citotoxic care imită activatorii fiziologici ai acestei căi55. Deoarece celulele maligne și celulele normale coexistă în cadrul aceluiași mediu, un astfel de tratament are un indice terapeutic nefavorabil, deoarece aceste gene sunt mutate/disponibile din punct de vedere fizic în celulele maligne, dar intacte în celulele normale. Au fost studiate mai multe metode de reintroducere a apoptozei în terapia cancerului, dar a fost dificil să se abordeze această problemă fundamentală a indicelui terapeutic56. Progresele în tehnicile genomice indică faptul că, atunci când genele TP53/CDKN2A sunt de tip sălbatic, ca în cazul cancerului testicular, tratamentul cu chimioterapie citotoxică (de exemplu, cisplatin) produce răspunsuri complete care cresc supraviețuirea generală și fără boală57 (Fig. 2a, b). Tumorile maligne cu rate ridicate de inactivare TP53/CDKN2A nu prezintă aceste răspunsuri, ceea ce duce la rezistență la multiple tratamente bazate pe apoptoză (chimiorezistență și radiorezistență extinse) (Fig. 2a, b, e, f)7. Chiar și tipuri diferite de tumori provenite din același organ au răspunsuri mai bune la terapie dacă genele de apoptoză sunt intacte. De exemplu, mutațiile TP53 și CDKN2A apar în ~70 și, respectiv, 90% din PDAC58 (Fig. 2a). Rata globală de supraviețuire la 5 ani în cazul PDAC este de ~9%, chiar și atunci când sunt incluși pacienții tratați cu chimioterapie sau cu terapii combinate și/sau chirurgie59,60. În schimb, tumorile neuroendocrine pancreatice (PNET), în general, nu găzduiesc mutații TP53, prezintă doar deleții minime ale CDKN2A61 și au o rată de supraviețuire la 5 ani de >50% atunci când sunt tratate cu terapie care induce apoptoza62. În mod similar, glioblastomul multiform (GBM) prezintă o varietate de caracteristici clinice, histopatologice și moleculare și prezintă mutații TP53 în ~30% din cazurile primare și ~65% din GBM secundare63,64. Celulele de gliom cu TP53 WT răspund la stresul citotoxic indus de agenții chimioterapeutici disponibili în clinică, în comparație cu cele cu TP53 mutant tăcut transcripțional65,66,67. În plus, în modelul de șoarece de PDAC indus de Trp53 (KPC), inactivarea genetică a unei alele a Myc sensibilizează răspunsul terapeutic la gemcitabină40. Prin urmare, am analizat datele genomice prin compararea primelor zece tumori maligne cu o frecvență ridicată a modificărilor TP53/CDKN2A (TP53/CDKN2A-high) cu ultimele zece tumori maligne cu o frecvență scăzută a modificărilor TP53/CDKN2A (TP53/CDKN2A-low) (Fig. 2b, c). Am constatat că 7/10 dintre cancerele TP53/CDKN2A-high au avut o scădere a supraviețuirii fără boală și a supraviețuirii globale atunci când aceste gene au fost mutate (Fig. 2b; Tabelul S1) (valori p < 0,05). În mod consecvent, chiar și în cazurile TP53/CDKN2A-jos, a existat o scădere a supraviețuirii fără boală și a supraviețuirii globale atunci când aceste gene au fost modificate (valori p < 0,05) (Fig. 2c; Tabelul S1). Astfel, rata de alterare a genelor de apoptoză este mai mică în cazul tumorilor maligne curabile (cancer testicular/ALP pediatrică) în comparație cu cancerele foarte refractare/rezistente la tratament (PDAC/HCC) (Fig. 2g). În timpul maturizării fiziologice, TP53 WT induce apoptoza ireversibilă a celulelor nesănătoase pentru a păstra integritatea întregului organism (Fig. 2h). Prin contrast, evoluția oncogenă mută mediatorii apoptozei, ceea ce duce la rezistență la inducerea apoptozei (Fig. 2h).

Fig. 2: Inducerea apoptozei în malignitatea mutantă p53/p16 rămâne toxică pentru celulele normale, în timp ce este legată simultan de boala refractară.

a Datele au fost descărcate din TCGA și ICGC și analizate în cBioPortal pentru mutații în genele TP53 și CDKN2A. b Top 10 malignități cu modificări TP53/CDKN2A ridicate (TP53/CDKN2A high). *Cazuri în care aceste modificări au fost legate de o supraviețuire slabă fără boală sau globală cu o valoare p < 0,05 (tabelul S1). c Ultimele 10 cazuri cu cea mai mică frecvență a modificărilor în TP53/CDKN2A (TP53/CDKN2A low). *Cazuri în care aceste alterări au fost legate de o supraviețuire slabă fără boală sau globală cu o valoare p ≤ 0,05 d Supraviețuirea fără boală a cancerului testicular, cazuri cu alterări minore (câștiguri și pierderea heterozigotă a unei alele în TP53 și CDKN2A) vs. cazuri cu pierderi de o alelă în TP53 și CDKN2A. cazurile cu TP53 și CDKN2A de tip sălbatic (p-valoare = 0,211, test LogRank). e Supraviețuirea fără boală a cazurilor de cancer pancreatic cu TP53 și CDKN2A mutante a fost semnificativ mai mică față de cazurile cu TP53 și CDKN2A de tip sălbatic (p-valoare = 0.0078, testul LogRank). f Supraviețuirea fără boală a cancerului hepatic a fost, de asemenea, semnificativ mai mică în cazurile cu TP53 și CDKN2A mutante față de cazurile cu TP53 și CDKN2A de tip sălbatic (p-valoare = 0,0068, testul LogRank). g Analiza cantitativă a mutațiilor TP53 și CDKN2A a demonstrat o frecvență mai mică a alterării acestor gene în cazurile de tumori maligne umane curabile față de cele cu grad ridicat de refracție/rezistență la tratament. h În timpul maturizării fiziologice, celulele nesănătoase cu p53/p16 WT suferă apoptoză ireversibilă. Alterările acestor proteine întrețin evoluția oncogenă care duce la proliferare aberantă fără apoptoză

Alterări genetice și epigenetice ale genelor de diferențiere în cancer

Cele mai agresive tumori maligne umane sunt slab diferențiate13. În timp ce diferențierea contribuie la supraviețuirea slabă în mai multe afecțiuni maligne umane, mecanismele care stau la baza împiedicării diferențierii în celulele maligne sunt în mare parte neclare, dar apar noi cunoștințe5,6,7. Am identificat principalii TF maeștri de linie pentru dezvoltarea ovarului, pancreasului și ficatului, utilizând studii publicate privind conversia de linie sau studii cu modele de șoareci transgenici6,68,69,69,70,71,72,72,73,74 (tabelul 1). Programele de diferențiere celulară și de angajare a liniilor sunt dictate de această mână de TF principali și de cofactori ai acestora. Deși mai mulți cofactori au roluri majore, cei mai importanți sunt coactivatorii transcripționali și corepresorii care utilizează ATP pentru a remodela cromatina pentru a activa sau dezactiva genele țintă33,34,75. În consecință, am analizat modificările genetice ale TF-urilor de linie, ale coactivatorilor și corepresorilor acestora în OVC, PDAC și HCC (Tabelul 1).

Din moment ce celulele maligne nu pot suprima complet diferențierea, deoarece aceasta este un continuum de-a lungul căruia există toate celulele, TF-urile principale care specifică angajamentul în diferite linii de linie nu sunt aproape niciodată complet inactivate prin mutație, dar sunt frecvent haploinsuficiente (Fig. 3a; Tabelul 1). Această reducere a dozei este suficientă pentru a bloca progresele de-a lungul continuumului de diferențiere în punctele sale cele mai proliferative5,6,7. De exemplu, pierderea FOXL1 a fost frecventă în OVC (Fig. 3a), iar frecvența pierderii FOXL1 a fost cea mai mare în OVC slab diferențiate (Fig. 3b). Acest model a fost similar pentru GATA4 în PDAC și HCC, chiar dacă aceste tumori maligne au avut un număr mic de pacienți care au supraviețuit dincolo de stadiile I și II (Fig. 3b, c). Am identificat principalii parteneri de interacțiune care sunt coactivatori și corepresori ai diferiților TF specifici de linie (tabelul 1) prin analiza literaturii și a datelor depuse în baza de date UniProt (http://www.uniprot.org/). Pentru a spori diferențierea blocată, coactivatorii au fost găsiți frecvent inactivați și eliminați (Tabelul 1; Fig. 4a), favorizând reprimarea genelor din aval vizate de TF-uri cheie. Noi linii de dovezi implică acum faptul că astfel de alterări afectează căile care mediază diferențierea terminală6,7,76. Primele descoperiri ale funcțiilor acestor enzime coactivatoare au demonstrat că rolul lor în fiziologie a fost acela de a utiliza ATP pentru a mobiliza interacțiunile histone ADN astfel încât ADN-ul gol să fie expus, permițând astfel TF-urilor să se lege și să activeze genele țintă33,34,75,77. Acest proces este conservat în evoluție de la drojdie78, una dintre cele mai simple metazoare, până la homo-sapiens77. Inactivarea acestor gene în cancer ar putea fi o încercare de a diminua capacitatea coactivatorilor de a expune ADN-ul la TF-urile principale care activează genele din aval. Un indiciu important pentru această ipoteză este faptul că TF maeștri de linie sunt selectivi în utilizarea unor coactivatori specifici pentru a media activarea genelor de linie (tabelul 1). Un alt indiciu este faptul că celulele maligne tind să piardă o alelă a TF-urilor de specificare a liniei, un eveniment care poate fi suficient pentru a permite angajarea liniei, dar insuficient pentru diferențierea terminală6,7 (Fig. 3a; Tabelul 1). De exemplu, progenitorii hepatici necesită cooperarea dintre GATA4 și FOXA1 pentru a recruta coactivatori (de exemplu, ARID1A) și pentru a media activarea genelor de diferențiere a hepatocitelor. În HCC, pierderea heterozigotă a GATA4 este frecventă (68%, n = 366, Fig. 3a; Tabelul 1), iar mutațiile inactivante în ARID1A sunt frecvente (44%, n = 366, Fig. 4a; Tabelul 1)6. Diferențierea hepatică este afectată și proliferarea este intensificată în ficatul cu haploinsuficiență hepatică condiționată de Gata4 sau Arid1a6,76,79. Mai mult, reintroducerea GATA4 în HCC cu deficiență de GATA4 sau a ARID1A în HCC cu mutație ARID1A, dar cu GATA4 intact, activează sute de gene de diferențiere epitelială a hepatocitelor6. TF-urile principale ale liniei pancreatice includ GATA4 și GATA680,81. Pierderile numărului de copii ale unei alele a acestor factori sunt observate în PDAC, observându-se, de asemenea, mutații de pierdere a funcției în coactivatori (tabelul 1; figurile 3a, 4a). Cu toate acestea, PDAC-urile au prezentat, de asemenea, o incidență ridicată de amplificare sau de creștere a GATA4 și GATA6, ceea ce sugerează că, în anumite cazuri, acești TF pot conferi un avantaj de creștere celulelor canceroase pancreatice. În OVC, o alelă a TF-urilor master ovariene FOXL182,83 este frecvent pierdută (80 %, Fig. 3a; Tabelul 1 n = 316), în timp ce coactivatorii, cum ar fi ARID3A și ARID3B, sunt adesea inactivați (Tabelul 1; Fig. 4a). Astfel, în centrul transformării maligne, împiedicarea diferențierii îmbunătățește în mod obișnuit proliferarea malignă și se realizează prin haploinsuficiența TF-urilor principale și inactivarea coactivatorilor pe care aceștia îi folosesc. Această înțelegere ar putea conduce la tratamente care au ca scop reangajarea diferențierii înainte, ca alternativă la apoptoză, ca mijloc de a pune capăt proliferării maligne.

Fig. 3: Modificări genetice ale factorilor de transcripție maeștri care specifică linia de descendență în tumorile maligne umane.

a Analiza datelor TCGA depuse în cBioPortal pentru a determina modificările factorilor de transcripție maeștri ai diferitelor linii de descendență (Tabelul 1). Principalii factori de transcripție care specifică liniile de descendență au fost în cea mai mare parte haploinsuficienți (deleție/heterozigotă/hectropie) în celulele maligne sau au conținut amplificări și câștiguri frecvente. Niciunul dintre factorii de transcripție nu a prezentat mutații bialelice de inactivare frameshift. Astfel, diferențierea blocată are loc prin haploinsuficiența genetică a factorilor de transcripție cheie specifici liniei genetice6. b Analiza delețiilor FOXL1 în diferite grade de diferențiere (grade patologice) a cancerului ovarian. c Analiza delețiilor GATA4 în diferite grade de diferențiere a cancerului pancreatic (PDAC). d Analiza delețiilor GATA de-a lungul diferitelor grade de diferențiere a gradelor de diferențiere a cancerului hepatic (HCC)

Fig. 4: Mutații de inactivare frecvente ale coactivatorilor și amplificări și creșteri ale numărului de copii la loci de gene ale corepresorilor transcripționali.

Datele TCGA au fost analizate în cBioPortal pentru a determina alterările genetice frecvente în enzimele corepresoare și coactivatoare transcripționale (tabelul 1). a Mutații de inactivare, mutații bi-alelice și framehift și deleții ale enzimelor coactivatoare transcripționale în cancerele ovariene, pancreatice și hepatice (tabelul 1). b Câștigarea numărului de copii (CN) și amplificările corepresorilor au fost observate frecvent în diverse tumori, inclusiv în cancerul ovarian (OVC), cancerul pancreatic (PDAC) și cancerul hepatic (HCC) (tabelul 1). c Analiza câștigurilor CN ale HES1 în diferite grade de diferențiere (grade patologice) ale OVC. d Analiza câștigurilor CN de BAZ1B de-a lungul diferitelor grade de diferențiere a gradelor de diferențiere PDAC. e Analiza câștigurilor CN de KDM1B de-a lungul diferitelor grade de diferențiere a gradelor de diferențiere HCC

Enzimele corepresoare: ținte emergente pentru oncoterapia de restabilire a diferențierii

Un enhosom este compus din complexe multiproteice care cooperează pentru a activa genele unei anumite linii genetice84,85, de ex, enhanceosomii hepatici activează genele hepatocitelor6, în timp ce enhanceosomii pancreatici și ovarieni activează genele pancreatice86 și, respectiv, ovariene87. Întreruperea genetică a acestei cooperări poate schimba conținutul acestor hub-uri proteice de la coactivatori la corepresori care reprimă în schimb genele de linie76,88,89. O astfel de reprimare este facilitată și mai mult de starea inerentă de cromatină închisă a genelor de diferențiere terminală, în contrast cu cromatina inerent deschisă la genele de proliferare și de diferențiere timpurie6,7,90.

Pentru ca proliferarea exponențială să aibă loc decuplați de diferențierea înainte, este necesar un grad ridicat de activitate a corepresorilor pentru silențierea epigenetică a genelor de diferențiere a liniei. În consecință, activitatea aberantă a corepresorilor este frecvent observată în celulele maligne, unde sute de gene de diferențiere terminală prezintă o acumulare de corepresori activi6,89. Spre deosebire de coactivatori, care sunt frecvent inactivați prin mutații/deleții genetice6, corepresorii sunt frecvent fie de tip sălbatic, fie amplificați în celulele maligne (Tabelul 1; Fig. 4b). Enzima ADN metiltransferază 1 (DNMT1) este un corepresor pentru master TF și, de asemenea, metiltransferaza de întreținere care recapitulează metilarea CpG pe șirul de ADN nou sintetizat pe măsură ce celulele trec prin cicluri de diviziune91,92,93. În datele TCGA PANCAN, nivelurile ridicate de DNMT1 sunt asociate cu o supraviețuire slabă (p < 0,00001, n = 5145), în comparație cu cazurile cu niveluri scăzute de DNMT1 (n = 5199) (Fig. 5a). Acest lucru sugerează un rol important al acestei enzime în numeroase cancere umane. Prin urmare, în ultimul deceniu au evoluat multiple studii care au încercat să dezvolte intervenții terapeutice care să vizeze DNMT1 în terapia cancerului94,95,96,97,98,99,100,101,102. În mod similar, Ubiquitin-like, containing PHD and RING finger domains, 1, (UHRF1), cooperează îndeaproape cu DNMT1 în reglarea metilării ADN103,104. Am analizat nivelurile de expresie ale UHRF1 în setul de date PANCAN și am constatat că nivelurile ridicate de expresie ale UHRF1 (p < 0,0001, n = 5150) au prezis puternic ratele slabe de supraviețuire în comparație cu nivelurile scăzute (n = 5189) (Fig. 5b), ilustrând importanța acestor gene de metilare în cancerele umane.

Fig. 5: Upreglarea corepresorilor și modelul de inhibare a corepresorilor pentru a reangaja diferențierea înainte.

a Corepresorul DNMT1 mRNA upregulation prezice o supraviețuire slabă în mai multe tumori maligne umane în datele TCGA PANCAN. b Corepresorul UHRF1 (care se asociază cu DNMT1 pentru activități de reprimare epigenetică) mRNA upregulation prezice o supraviețuire slabă în mai multe tumori maligne umane în datele TCGA PANCAN. c Exemplu de model în PDAC modificări ale coactivatorilor și corepresorilor și molecule mici candidate care pot fi utilizate ca terapie corepresoare. d Rezumat schematic al modelului pentru terapia de restabilire a diferențierii independentă de p-53. Celulele non-maligne (celule normale) au factori de transcripție intacți de specificare a liniei de determinare a destinului celular care recrutează în mod dinamic coactivatori și enzime corepresoare pentru a activa sau dezactiva genele de diferențiere. Reducerea dozei de gene prin deleția heterozigotă a unui factor de transcripție principal și prin mutații de inactivare a coactivatorilor săi afectează componenta de activare a genelor de diferențiere din punct de vedere epigenetic6. Amplificările aberante în enzimele corepresoare transcripționale facilitează o stare de cromatină închisă și reduc la tăcere epigenetică sute de gene de diferențiere6, 7 (tabelul 1). Acest mod de alterare este relevant din punct de vedere clinic și poate fi dezvoltat pentru a suprima proliferarea chiar și în tumorile maligne mutante TP53102, 105

Diminuarea DNMT1 fără citotoxicitate are beneficii terapeutice chiar și în sindromul mielodisplastic (MDS) și în leucemia mieloidă acută (AML) care conțin defecte ale sistemului p53102,105, iar mai multe studii clinice sunt în curs de desfășurare pentru a evalua depleția DNMT1 la scară mai largă în terapia cancerului (deși decitabina și 5-azacytidina utilizate pentru depleția DNMT1 au limitări farmacologice care pot submina capacitatea lor de a depleta DNMT1 din tumorile solide) (tabelul 2) (tabelul 2). În leucemia promielocitică acută (APL), se obțin remisiuni complete prin combinarea arsenicului cu acidul retinoic pentru a inhiba corepresorii recrutați pe proteina de fuziune leucemică PML-RARA106,107. Deoarece co-represorii nu sunt mutați și au o activitate aberantă în cancer, aceștia sunt ținte moleculare suficiente și logice care pot angaja genele de diferențiere terminală pentru ieșirile din ciclul celular p537,89,99,100,102,105,108,109,110,111 (tabelul 2; Fig. 5c, d).

Tabelul 2 Evaluarea preclinică și clinică cheie a terapiei corepresoarelor în cancer

Diferiți alți corepresori au fost, de asemenea, investigați ca potențiale ținte moleculare pentru terapia epigenetică a cancerului. De exemplu, enzimele histone deacetilază (HDAC) sunt corepresori cheie recrutați în centrele TF ale multor tumori maligne umane și sunt cunoscuți ca supresori epigenetici ai expresiei genice5,6,88,89. În multe studii preclinice, enzimele HDAC au fost investigate ca potențiali inductori ai diferențierii celulare94,95. Cu toate acestea, una dintre problemele legate de direcționarea HDAC-urilor este reprezentată de funcțiile lor celulare pleiotropice – chiar și activitatea la țintă poate produce astfel efecte secundare neintenționate. Alți corepresori comuni supraregulați în multe tumori maligne umane sunt enzimele de metilază a lizinei, cum ar fi KDM1A (Fig. 4b). Diferite studii au demonstrat inducerea diferențierii prin direcționarea farmacologică a KDM1A, iar în prezent sunt în curs de desfășurare studii clinice conexe112,113,114,115,116. Utilizând un screening in vivo pan-canceros de mare capacitate, Carugo et al. au demonstrat recent o legătură între corepresorul WDR5 și proliferarea susținută a PDAC117 , mediată de MYC. Întreruperea WDR5 prin teste de inhibiție a dus la oprirea progresiei tumorale și la creșterea supraviețuirii în modelele de șoareci PDX ale PDAC117. În această analiză sistematică, am documentat corepresori suplimentari recrutați în centrele TF principale ale multor tumori maligne umane care necesită validare genetică și farmacologică suplimentară ca ținte moleculare candidate care îmbunătățesc diferențierea. Printre acestea se numără HES1, BAZ1A/B, BAZ2A, EED, SUZ12 și UHRF1 (figurile 4b, 5b; tabelul 1). Mai mult, s-a constatat că reglarea ascendentă a acestor corepresori a fost legată de stadii patologice clinice avansate, sugerând un efect direct asupra suprimării diferențierii. De exemplu, HES1 a fost găsit ca fiind cel mai frecvent crescut în corepresor în OVC (Fig. 4b), iar OVC în stadiile III și IV au avut creșteri mai mari ale HES1 în comparație cu stadiile I și II (Fig. 4c). Astfel, terapia de inhibare a HES1 poate fi vitală pentru terapia de diferențiere a OVC. Acest model a fost observat, de asemenea, pentru BAZ1B în PDAC și KDM1B în HCC (Fig. 4b, d, e). Aceste observații sugerează că, în aceste tumori maligne, direcționarea acestor enzime cheie pentru inducerea diferențierii ar putea oferi strategii terapeutice suplimentare care să ocolească defectele sistemului p53.

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.