HDAC1 e HDAC6 sono essenziali per guidare la crescita nel glioma mutante IDH1

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12433 (2023) Citare questo articolo

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I gliomi di basso grado e secondari di alto grado contengono frequentemente mutazioni negli enzimi metabolici IDH1 o IDH2 che si ipotizza guidino la tumorigenesi inibendo molti degli enzimi che regolano la cromatina che regolano la struttura del DNA. Gli inibitori dell’istone deacetilasi sono promettenti agenti antitumorali e sono già stati utilizzati negli studi clinici. Tuttavia, manca una chiara comprensione del loro meccanismo o dei bersagli genetici. In questo studio, gli autori sezionano geneticamente le colture mutanti IDH1 derivate dai pazienti per determinare quali enzimi HDAC guidano la crescita nei gliomi mutanti IDH1. Un pannello di linee cellulari di gliomasfera derivate dal paziente (2 linee mutanti IDH1, 3 linee IDH1 wildtype) sono state sottoposte a uno screening farmacologico di farmaci modificanti epigenetici provenienti da diverse classi epigenetiche. L'effetto di LBH (panobinostat) sull'espressione genica e sulla struttura della cromatina è stato testato su linee mutanti IDH1 derivate dai pazienti. Il ruolo di ciascuno degli enzimi HDAC altamente espressi è stato sezionato molecolarmente utilizzando vettori di knock-down dell'interferenza dell'RNA lentivirale e un modello in vitro di glioblastoma mutante IDH1 derivato dal paziente (HK252). Questi risultati sono stati poi confermati in un modello di xenotrapianto in vivo (BT-142). La mutazione IDH1 porta alla sottoregolazione del gene, all'ipermetilazione del DNA, all'aumento dell'accessibilità del DNA e all'ipoacetilazione di H3K27 in due distinti modelli di sovraespressione del mutante IDH1. Lo screening farmacologico ha identificato più specificamente gli inibitori dell'istone deacetilasi (HDACi) e il panobinostat (LBH) come i composti più selettivi per inibire la crescita nelle linee di glioma mutante IDH1. Degli undici enzimi HDAC annotati (HDAC1-11) solo sei sono espressi nei campioni di tessuto di glioma mutante IDH1 e nelle linee di gliomasfera derivate dal paziente (HDAC1-4, HDAC6 e HDAC9). Esperimenti di knock-down lentivirale hanno rivelato che HDAC1 e HDAC6 sono i più costantemente essenziali per la crescita sia in vitro che in vivo e prendono di mira moduli genetici molto diversi. L'abbattimento di HDAC1 o HDAC6 in vivo ha portato a un tumore più circoscritto e meno invasivo. La disregolazione genetica indotta dalla mutazione IDH1 è diffusa e solo parzialmente reversibile mediante l'inibizione diretta di IDH1. Questo studio identifica HDAC1 e HDAC6 come enzimi importanti e mirabili ai farmaci necessari per la crescita e l'invasività nei gliomi mutanti IDH1.

Studi di sequenziamento di gliomi adulti di basso grado hanno rivelato mutazioni puntiformi nei siti attivi degli enzimi metabolici IDH1 e IDH2 che conferiscono una nuova funzione enzimatica di riduzione dell'alfa-chetoglutarato all'oncometabolita 2-idrossiglutarato (2-HG)1. Molti enzimi che regolano la cromatina (ad es. TET DNA demetilasi e JMJ istone demetilasi) richiedono l'alfa-chetoglutarato come cofattore e ad alte concentrazioni il 2-HG può agire come un inibitore competitivo portando all'ipermetilazione del DNA e degli istoni con conseguente down-gene diffuso regolamento2. Da quella scoperta, la maggior parte della ricerca si è concentrata sull'effetto delle mutazioni IDH1 e IDH2 su TET2 e sull'ipermetilazione del DNA, lasciando gli istoni relativamente poco studiati3,4,5. Le mutazioni TET2 e IDH sono comuni e si escludono a vicenda nella leucemia mieloide acuta6 (LMA) e i topi knockout per Tet2 e IDH1 sviluppano entrambi spontaneamente la leucemia7,8. Ciò suggerisce che nel caso della LMA, la mutazione IDH1 agisce principalmente attraverso l’inibizione della funzione TET2. Tuttavia, il meccanismo tumorigenico delle mutazioni IDH nei gliomi è meno chiaro. Le mutazioni di TET2 sono rare nel glioma e né i topi knockout per Tet2 né IDH1 generano spontaneamente tumori al cervello.

Studi di sequenziamento di gliomi pontini intrinseci diffusi (DIPG) pediatrici di basso grado istologicamente simili hanno rivelato una singola sostituzione da lisina a metionina nella subunità istonica H3 (H3K27M)9,10,11. In circostanze normali, la lisina H3K27 può essere acetilata (H3K27ac) o metilata (H3K27me3) con conseguente apertura o chiusura rispettivamente del nucleosoma11,12. I modelli murini mostrano che la mutazione H3K27M porta ad un aumento dell'acetilazione degli istoni e ad un aumento dell'espressione genica9,10. È interessante notare che questi studi hanno anche mostrato che i livelli di acetilazione di H3K27 sono correlati alle concentrazioni intracellulari di alfa-chetoglutarato, portando all'ipotesi che le mutazioni IDH1/2, che causano la deplezione di alfa-chetoglutarato, possano portare a una corrispondente deacetilazione di H3K2713.