Epigenética en la iniciación de células madre cancerosas y la predicción de resultados clínicos.

El cáncer es una enfermedad genética, pero los procesos epigenéticos también contribuyen al desarrollo y progresión del cáncer. Los procesos epigenéticos incluyen vías moleculares que modifican el ADN mismo o las proteínas asociadas con el ADN (es decir, histonas), afectando así la forma en que se utiliza la información genética para mantener los estados celulares. Las células cancerosas aprovechan los procesos epigenéticos normales para favorecer el crecimiento descontrolado y evadir los mecanismos de defensa del huésped. Nuestra propuesta tiene como objetivo comprender los requisitos epigenéticos para el inicio y la progresión del cáncer y cómo se pueden utilizar para desarrollar ensayos de pronóstico que puedan predecir el resultado clínico del cáncer o la respuesta a la terapéutica. Hemos logrado avances significativos en todos nuestros objetivos. Estamos descubriendo nuevos principios básicos que rigen los procesos epigenéticos en las células madre embrionarias humanas frente a tipos de células más diferenciadas y entendiendo cómo estos principios son implementados y regulados por los diferentes tipos de células. También hemos demostrado que la epigenética se puede utilizar con fines de pronóstico del cáncer, así como para predecir la respuesta a quimioterapia contra el cáncer específica.

El objetivo de esta propuesta es comprender la dinámica de la cromatina en varios estados de diferenciación celular y cómo la alteración de esta dinámica puede contribuir al desarrollo y progresión del cáncer. Nuestros principales hallazgos se describen a continuación y se detallan más a continuación. 1) Entre los diversos sitios de acetilación de histonas, H3K18ac tiene una distribución única en hESC y se ve específicamente afectado durante la transformación oncogénica. Como parte de una evaluación para descubrir reguladores ascendentes de este sitio de modificación (descrito en informes anteriores), identificamos un ARN no codificante que se requiere para el mantenimiento de H3K18ac, la expresión de SOX2 y sus genes diana, y el crecimiento de hESC. 2) Hemos descubierto un papel muy novedoso e inesperado para la acetilación de histonas. Hemos descubierto que la acetilación y desacetilación global de histonas, junto con el flujo de ácido acético dentro y fuera de las células, actúa como un sistema amortiguador para la regulación del pH intracelular. Este fenómeno es un proceso biológico fundamental y ocurre en hESC, células cancerosas y células humanas diferenciadas normales. (Actualmente se está revisando en Nature un artículo que informa sobre este hallazgo). 3) Continuamos nuestros esfuerzos sobre el papel de la histona enlazadora H1.5 en la regulación transcripcional de las células diferenciadas terminalmente frente a las hESC. Este es un proyecto de continuación de una subvención CIRM SEED. Se envió un manuscrito sobre este proyecto a Cell pero no fue aceptado. Hemos realizado experimentos adicionales y hemos preparado un nuevo manuscrito. I. Se requiere un ARN no codificante para el crecimiento de hESC. Este objetivo fue diseñado para comprender cómo se regulan los niveles globales de modificaciones de histonas. Como se informó en informes de progreso anteriores, llevamos a cabo una evaluación de quinasas en la que se eliminaron aproximadamente 800 quinasas individualmente utilizando ARNip y se examinaron los niveles de dos modificaciones de histonas. Validamos los principales resultados que se informaron el año pasado. El efecto más significativo sobre las modificaciones de las histonas, especialmente H3K18ac, se observó en la eliminación de TPRXL (repetición tetrapeptídica tipo homeobox). Descubrimos que la eliminación de TPRXL causa reducciones de ~50-70 % en los niveles globales de H3K18ac específicamente, lo que sugiere que TPRXL es necesario para el mantenimiento de una porción de H3K18ac en todo el genoma. Resultó que la identificación de TPRXL fue un hallazgo fortuito. TPRXL no es una quinasa, pero se ha anotado erróneamente como quinasa en ciertas bases de datos, de ahí su inclusión en la biblioteca de ARNip de quinasa. TPRXL es un miembro de la familia de genes homeobox TPRX y está designado como un pseudogén retrotranspuesto no funcional (Booth y Holland, 2007). Se sugiere que TPRXL se generó mediante transcripción inversa del ARNm de TPRX1 que luego se integró cerca de un potenciador activo en la placenta. Consistentemente, TPRXL tiene una expresión muy alta en la placenta en comparación con otros tejidos. Después de la integración, la secuencia de TPRXL se ha diferenciado de la de TPRX1 de una manera inusual. En ciertas regiones, como en el dominio homebox, TPRXL ha conservado un 81% de identidad de nucleótidos pero solo un 66% de identidad de aminoácidos en comparación con TPRX1 (Booth y Holland, 2007). A pesar de su designación, TPRXL posiblemente podría ser un retrogén funcional, ya que se transcribe y contiene dos posibles marcos de lectura abiertos (ORF). Un ORF puede codificar una proteína corta (139 aa) que contendría el homeodominio y un tramo de poliglutamina. Otro ORF codifica una proteína más larga que consistiría principalmente en un tramo largo de poliserina/prolina.

Los procesos epigenéticos incluyen vías moleculares que modifican el ADN o las proteínas asociadas con el ADN (es decir, histonas), afectando así la forma en que se utiliza la información genética para mantener los estados celulares. Por tanto, la epigenética juega un papel importante en la biología normal y las enfermedades. Cuando se desregulan, los procesos epigenéticos podrían contribuir al desarrollo y la progresión de la enfermedad. Dado que las células madre embrionarias (ESC) y las células cancerosas comparten la capacidad de dividirse indefinidamente, nuestra propuesta tiene como objetivo comprender los requisitos epigenéticos para dicha capacidad. Hemos descubierto que un proceso epigenético particular, que previamente vinculamos con la progresión del cáncer, puede contribuir a la regulación de la replicación del ADN en las ESC humanas. También hemos descubierto cómo los procesos epigenéticos podrían ejercer control sobre el estado metabólico de la célula de formas novedosas. Finalmente, hemos descubierto cómo la cromatina (el complejo de ADN e histonas) en conjuntos específicos de familias de genes se compacta de manera diferencial en tipos de células diferenciadas frente a las ESC humanas. En conjunto, estamos proporcionando conocimientos novedosos sobre las funciones de diversos procesos epigenéticos y cómo pueden diferir en las células madre frente a otros tipos de células normales y cancerosas.

Los procesos epigenéticos incluyen vías moleculares que modifican el ADN o las proteínas asociadas con el ADN (es decir, histonas), afectando así la forma en que se lee la información genética. La epigenética juega un papel importante en la biología normal y las enfermedades porque puede afectar la forma en que se activan y desactivan los genes. De hecho, la desregulación de los procesos epigenéticos contribuye al desarrollo y la progresión de enfermedades, incluido el cáncer. Nuestra propuesta ha tenido como objetivo comprender cómo el epigenoma ejerce su control sobre la regulación genética. Hemos descubierto que, además de la regulación genética, el proceso epigenético está inesperadamente relacionado con el control de la fisiología celular. Hemos demostrado que la acetilación dinámica de proteínas histonas regula el nivel de acidez intracelular, proporcionando una función sin precedentes para el epigenoma. Nuestros datos proporcionan explicaciones plausibles de por qué las ESC contienen en general niveles más altos de acetilación de histonas que otros tipos de células y por qué ciertos cánceres con niveles bajos de acetilación de histonas son más agresivos. En un estudio separado, hemos descubierto que la replicación del ADN en las ESC está asociada con una firma epigenética única que no se encuentra en las células diferenciadas ni en otros tipos de células que se dividen rápidamente, como el cáncer. Hemos propuesto que esta propiedad molecular de replicación en las ESC puede ser un determinante importante de la división celular continua sin malignidad, distinguiendo fundamentalmente la división celular específica de las ESC de la división celular similar al cáncer. En conjunto, estamos proporcionando conocimientos novedosos sobre las funciones de diversos procesos epigenéticos y en qué pueden ser similares o diferentes en las células madre frente a otros tipos de células normales y cancerosas.