Le cellule tumorali modificano rapidamente l’espressione genica in risposta all’ipossia

Gli scienziati della Northwestern Medicine hanno descritto per la prima volta i meccanismi alla base della regolazione del modo in cui le cellule modificano rapidamente l’espressione genica in risposta all’ipossia, una caratteristica chiave di molti tumori resistenti ai trattamenti. Secondo un recente studio pubblicato su Science Advances,

Ali Shilatifard, Ph.D., presidente del dipartimento e titolare della cattedra Robert Francis Furchgott di Biochimica e Genetica Molecolare, è stato l’autore senior dello studio.

Come i tumori si trasformano in condizioni di ipossia

Il complesso chinasi trascrizionale P-TEFb regola la fase di checkpoint di pausa-rilascio nella trascrizione da parte della RNA polimerasi II, un complesso multiproteico che trascrive il DNA in precursori dell’mRNA, nonché nella maggior parte dei piccoli RNA nucleari (snRNA) e dei microRNA.

Il P-TEFb è essenziale anche per l’espressione genica durante l’ipossia, un periodo di bassa concentrazione di ossigeno all’interno del microambiente dei tumori solidi, e riduce l’efficacia della chemioterapia, della radioterapia e dell’immunoterapia. Secondo gli autori, non è ancora chiaro come queste cellule tumorali modifichino rapidamente l’espressione genica in risposta all’ipossia.

“Volevamo capire come le cellule attivano i geni responsivi all’ipossia al di là del ben noto percorso HIF. Poiché P-TEFb è essenziale per l’espressione genica in condizioni di ipossia, abbiamo utilizzato un approccio proteomico imparziale per identificare le proteine ​​che interagiscono con P-TEFb specificamente durante l’ipossia”, ha affermato Shimaa Soliman, Ph.D., ex ricercatrice post-dottorato presso il laboratorio di Shilatifard e autrice principale dello studio.

Tracciando il percorso passo dopo passo

Nello studio, gli scienziati hanno utilizzato una combinazione di approcci proteomici, genetici e genomici per caratterizzare meglio il percorso P-TEFb.

Innanzitutto, hanno confrontato le proteine ​​associate al regolatore trascrizionale P-TEFb in condizioni normali e di bassa ossigenazione utilizzando l’immunoprecipitazione e la spettrometria di massa. Successivamente, hanno utilizzato la modifica genetica CRISPR e l’interferenza dell’RNA per rimuovere o ridurre queste proteine ​​e determinarne l’importanza funzionale. Infine, hanno utilizzato il profilo di cromatina a livello genomico (ChIP-seq) per misurare come questi fattori influenzano il reclutamento della RNA polimerasi II e l’attivazione dei geni responsivi all’ipossia.

Utilizzando questi approcci, hanno scoperto che le proteine ​​Tim8-Tim13 sono presenti nel nucleo e contribuiscono a regolare l’espressione genica in condizioni di ipossia.

Hanno inoltre scoperto che il fattore di trascrizione legante il DNA BHLHE40 agisce da ponte tra i complessi Tim8-Tim13 e P-TEFb, creando una nuova via regolatoria che supporta la risposta trascrizionale all’ipossia.

Un obiettivo oltre l’HIF

Nel complesso, i risultati identificano un nuovo asse regolatorio in cui i complessi Tim8-Tim13 e BHLHE40 modulano l’attività di P-TEFb nella risposta trascrizionale all’ipossia, il che potrebbe contribuire a individuare future opportunità di trattamento per i pazienti che rispondono scarsamente alle terapie mirate a HIF, ha affermato Soliman.

“Il nostro lavoro amplia tale quadro identificando un asse regolatorio precedentemente sconosciuto che coinvolge i complessi P-TEFb, BHLHE40 e Tim8-Tim13. È importante sottolineare che questo meccanismo funziona parzialmente indipendentemente da HIF. Da una prospettiva terapeutica, ciò è particolarmente rilevante per tumori come il carcinoma a cellule renali a cellule chiare, in cui la segnalazione dell’ipossia è cronicamente attivata”, ha affermato Soliman.

Sulla base di questi risultati, Soliman ha affermato che il suo team mira a comprendere meglio come i complessi Tim8-Tim13 funzionano nel nucleo, a definire come regolano la trascrizione e a determinare se interrompere l’interazione BHLHE40-Tim8/Tim13-P-TEFb potrebbe essere terapeuticamente vantaggioso nei tumori causati dall’ipossia.

“Questo lavoro svela un legame inaspettato tra i mitocondri e la regolazione genica nel nucleo, mettendo in luce nuovi livelli di complessità nel modo in cui le cellule percepiscono e rispondono alla carenza di ossigeno”

Abstract

Il complesso chinasi trascrizionale P-TEFb regola la fase di checkpoint di rilascio della pausa nella trascrizione da parte della RNA polimerasi II (RNAPII). Abbiamo cercato di identificare interazioni specifiche dell’ipossia che potessero indirizzare l’attività di P-TEFb verso geni responsivi all’ipossia. Utilizzando un approccio di purificazione biochimica, abbiamo scoperto un’interazione specifica dell’ipossia, associata alla cromatina, tra la subunità ciclina T1 (CCNT1) di P-TEFb, i complessi chaperon mitocondriali Tim8-Tim13 localizzati nel nucleo e il fattore di trascrizione BHLHE40, che lega il DNA ed è inducibile dall’ipossia. Questa interazione è stata confermata in diverse linee cellulari umane. Sia la disruzione del complesso Tim8-Tim13 che il silenziamento di BHLHE40 compromettono la risposta trascrizionale all’ipossia acuta. L’HIF non è coinvolto nell’interazione CCNT1/BHLHE40/Tim8-Tim13 e né l’eliminazione genetica dell’HIF-1β né l’inibizione farmacologica dell’HIF-2α (belzutifan) eliminano l’espressione di BHLHE40. Infine, la deplezione di BHLHE40 compromette la proliferazione delle cellule di carcinoma renale a cellule chiare 786-O, che esprimono costitutivamente HIF-2α e geni responsivi all’ipossia. Nel complesso, questi risultati rivelano un asse regolatorio parzialmente indipendente dall’HIF, in cui i complessi Tim8-Tim13 e BHLHE40 modulano l’attività di P-TEFb nella risposta trascrizionale all’ipossia.

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