Epigenetyczne mechanizmy w patogenezie mięsaka Ewinga

Patogeneza mięsaka Ewinga wykracza poza proste zmiany w sekwencji DNA. Białko fuzyjne EWS-FLI1 wywiera swoje onkogenne działanie w znacznej mierze poprzez kompleksowe mechanizmy epigenetyczne, które prowadzą do głębokiej przebudowy krajobrazu transkrypcyjnego komórki. Zrozumienie tych procesów otwiera nowe perspektywy terapeutyczne.

Przebudowa enhancerów i regionów regulatorowych

Jednym z najważniejszych mechanizmów epigenetycznych w mięsaku Ewinga jest zdolność EWS-FLI1 do przekształcania zwykle milczących regionów chromatyny w w pełni aktywne enhancery¹. Ten proces prowadzi do onkogenezy komórek poprzez aktywację genów, które normalnie nie są ekspresjonowane.

W mięsaku Ewinga wykazano szeroko zakrojoną epigenetyczną przebudowę regionów regulatorowych genów indukowaną przez EWS-FLI1². Dysregulacja programów transkrypcyjnych przez EWS-ETS napędzane szeroko zakrojone przeprogramowanie enhancerów i deregulację promotorów jest głównym czynnikiem kształtującym biologiczne i kliniczne charakterystyki tej „potwornej” choroby².

Transkrypty związane z super-enhancerami są znacząco wzbogacone w geny docelowe EWS-FLI1, przyczyniają się do aberracyjnej sieci transkrypcyjnej choroby i pośredniczą w wyjątkowej wrażliwości mięsaka Ewinga na inhibicję transkrypcyjną³.

Modyfikacje histonów i remodelowanie chromatyny

EWS-FLI1 promuje acetylację histonów, co prowadzi do rozwijania DNA (które zwykle jest ciasno owinięte wokół histonów). Ta relaksacja chromatyny sprawia, że DNA staje się bardziej dostępne dla czynników transkrypcyjnych, wzmacniając w ten sposób ekspresję powiązanych genów⁴.

Wyciszenie EWS-FLI1 w mięsaku Ewinga prowadziło do szeroko zakrojonych zmian epigenetycznych w promotorach, enhancerach i super-enhancerach. Acetylacja histonu H3K27 była najczęściej zmienianą modyfikacją⁵. Ta obserwacja podkreśla kluczową rolę modyfikacji histonów w mechanizmach działania EWS-FLI1.

W ekspresji EWS-FLI1 w mięsaku Ewinga, EWS-FLI1 indukuje zmiany epigenetyczne w celu przeprogramowania komórek w złośliwość poprzez aktywację deacetylaz histonów (HDAC)⁵. Wysoka ekspresja LSD1 (demethylase specific to lysine 1) jest obserwowana w próbkach klinicznych mięsaka Ewinga, a badania mechanistyczne i prekliniczne sugerują, że inhibicja LSD1 globalnie upośledza funkcję białek EWS-ETS⁵.

Zmiany w metylacji DNA

EWS-FLI1 zmniejsza metylację DNA (która występuje głównie w obszarach odpowiadających enhancerom transkrypcyjnym), prowadząc do zwiększonej ekspresji genów⁴. Te zmiany w metylacji DNA są kluczowe dla przeprogramowania epigenetycznego komórek nowotworowych.

Profil epigenetyczny (wzbogacenie acetylacji i metylacji histonów w regionie promotora), który może regulować ekspresję aberracyjnego czynnika transkrypcyjnego EWS-FLI1, pozostaje słabo zbadany i zrozumiany⁶. Znajomość wzorców epigenetycznych związanych z kowalencyjnymi modyfikacjami histonów i ekspresją enzymów związanych z tym procesem może przyczynić się do zrozumienia molekularnych podstaw choroby⁶.

Regulacja mikroRNA

Mechanizmy epigenetyczne w mięsaku Ewinga obejmują również regulację mikroRNA. EWS-FLI1 hamuje mikroRNA miRNA-145, co prowadzi do zwiększonej pluripotencji, zmniejszonego różnicowania komórek i zwiększonej onkogenezy⁴.

MikroRNA odgrywają kluczową rolę w regulacji ekspresji genów na poziomie postranskrypcyjnym. Ich deregulacja przez EWS-FLI1 przyczynia się do utrzymania właściwości podobnych do komórek macierzystych i blokowania normalnych procesów różnicowania.

Kontekst epigenetyczny a heterogenność guza

Kontekst epigenetyczny jako konsekwencja interakcji między onkoproteinem, typem komórki, stadium rozwojowym i mikrośrodowiskiem tkankowym wyłonił się jako dominujący temat w dyskusji nad molekularną patogenezą oraz hetero- i intraguzową heterogennością mięsaka Ewinga⁷.

Część tajemnicy stojącej za patogenezą mięsaka Ewinga i heterogennością między pacjentami w odpowiedzi na leczenie może wynikać ze źródeł niegenetycznych, takich jak epigenom². Wiedza o dokładnych mechanizmach dysregulacji epigenetycznej może dostarczyć nowych możliwości terapeutycznych².

Interakcja z kompleksami remodelującymi chromatynę

Zdarzenia epigenetyczne opisane w kontekście patogenicznym mięsaka Ewinga obejmują udział białka EWS-FLI1 w aberracyjnych procesach remodelowania chromatyny⁸. EWS-FLI1 funkcjonuje jako aberracyjny czynnik transkrypcyjny i uważa się, że jest inicjatorem zdarzeń tumorogennych⁸.

Represja transkrypcyjna mediowana przez EWS-FLI1 jest ułatwiana poprzez bezpośrednie wiązanie kompleksu NuRD-LSD1⁹. Leczenie komórek mięsaka Ewinga inhibitorem LSD1 HCI-2509 kompleksowo odwraca profile transkrypcyjne napędzane zarówno przez EWS-FLI, jak i EWS-ERG oraz znacznie opóźnia tumorigenezę in vivo⁹.

Znaczenie terapeutyczne mechanizmów epigenetycznych

Zrozumienie mechanizmów epigenetycznych w mięsaku Ewinga ma ogromne znaczenie dla opracowania nowych strategii terapeutycznych. Inhibitory deacetylaz histonów mogą przywrócić receptor TGF-β typu II, umożliwiając sygnalizację TGF-β, która wydaje się hamować wzrost linii komórkowych mięsaka Ewinga in vitro¹⁰.

Leki modyfikujące epigenetycznie, takie jak JQ1 (inhibitor białek BET), są wysoce toksyczne dla komórek mięsaka Ewinga in vitro i są szczególnie skuteczne w celowaniu w subpopulację nowotworowych komórek macierzystych¹¹. Analizy microarray i dodatkowe analizy ujawniają, że JQ1 szybko odwraca ekspresję genów zależną od EWS-FLI1, wskazując, że EWS-FLI1 wymaga białek BET do funkcjonowania¹¹.