Epigenetyka w patogenezie neuroblastoma – regulacja genów

Epigenetyka odgrywa fundamentalną rolę w patogenezie neuroblastoma, regulując ekspresję genów bez wprowadzania zmian w sekwencji DNA¹. Modyfikacje epigenetyczne są odwracalnymi zmianami, które wpływają na regulację ekspresji genów poprzez kontrolę dostępności chromatyny dla elementów niezbędnych do transkrypcji w komórkach eukariotycznych¹. Te procesy obejmują przebudowę chromatyny, modyfikacje histonów, metylację DNA oraz działanie niekodujących RNA¹.

Metylacja DNA w neuroblastoma

Badania oparte na mikromacierzach metylacji DNA wykonane u pacjentów z neuroblastoma wykazały, że genowo-specyficzna hipometylacja (promotorowa) występuje częściej niż genomowa hipermetylacja, która powoduje rozwój neuroblastoma¹. Obserwowano, że genowo-specyficzna utrata metylacji DNA jest bardziej rozpowszechniona niż hipermetylacja promotorów².

Szczególnie znacząca jest hipometylacja, która wpłynęła na funkcje biologiczne związane z nowotworami oraz geny istotne dla patogenezy neuroblastoma, takie jak CCND1, SPRR3, BTC, EGF i FGF6². W szczególności różnicowa metylacja w CCND1 wpłynęła głównie na ewolucyjnie konserwatywny, funkcjonalnie istotny region 3′ nietranslowany, sugerując, że hipometylacja poza regionami promotorów może odgrywać rolę w patogenezie neuroblastoma².

Wyniki badań sugerują, że hipometylacja jest powszechną alteracją epigenetyczną w neuroblastoma, która wpływa na funkcje biologiczne związane z nowotworami oraz specyficzne geny istotne dla patogenezy neuroblastoma³. To odkrycie dostarcza nowych kandydujących biomarkerów epigenetycznych związanych z neuroblastoma oraz wglądu w molekularną patogenezę tego guza².

Modyfikacje histonów i przebudowa chromatyny

Badania z wykorzystaniem immunoprecypitacji chromatyny z sekwencjonowaniem wysokiej przepustowości (ChIP-seq) oraz sekwencjonowania RNA wykazały specyficzne wzorce epigenetyczne, które odróżniają neuroektodermę, grzebień nerwowy i bardziej dojrzałe stany nerwowe⁴. Te odkrycia podkreślają znaczenie modyfikacji chromatyny w procesach różnicowania komórek grzebienia nerwowego.

W neuroblastoma, niekodujące RNA uczestniczą w pretranskrypcyjnej regulacji genów, w tym w składaniu chromatyny, modyfikacji histonów i metylacji DNA⁵. Zgłoszono, że regulacja w górę miR-137 w apoptozie komórek neuroblastoma indukowanej resweratrolem prowadzi do nierównowagi w poziomach białka polycomb histone methyltransferase enhancer of zeste homolog 2 (EZH2)⁵.

Utrata EZH2 ułatwia redukcję poziomów H3K27me3 i aktywację clusteriny (CLU) oraz receptora czynnika wzrostu nerwów (NGFR), które są genami supresorowymi nowotworów w neuroblastoma⁶. Ten mechanizm ilustruje, jak niekodujące RNA mogą wpływać na modyfikacje histonów i regulację ekspresji genów w neuroblastoma.

Niekodujące RNA w patogenezie

Niekodujące RNA (mikroRNA, długie niekodujące RNA, piRNA) są niezbędnymi regulatorami transkrypcyjnymi biologii komórek macierzystych, rozwoju i różnicowania grzebienia nerwowego⁴. W ostatnich latach długie niekodujące RNA (lncRNA) zyskały zainteresowanie w badaniach patogenezy neuroblastoma⁷.

Opisano kilka dwukierunkowych interakcji między MYCN a lncRNA; niektóre lncRNA regulują poziomy ekspresji MYCN, a inne są regulowane przez MYCN⁷. LncRNA PVT-1 jest również częścią sieci transkrypcyjnej MYCN w kontekście neuroblastoma⁷. Poziomy ekspresji kilku innych lncRNA [np. growth arrest-specific 5 (GAS5), CCAT2 i SNHG1] zostały powiązane ze statusem MYCN⁷.

LncRNA MALAT1 jest powiązany z hipoksją i angiogenezą w kontekście neuroblastoma, z poziomami ekspresji zwiększającymi się w warunkach hipoksyjnych⁸. LncRNA neuroblastoma-associated transcript 1 (NBAT1) jest supresorem nowotworów, który reguluje subkomórkową lokalizację p53⁸.

MikroRNA w regulacji genów

Jako zmieniona ekspresja mikroRNA jest również rozpoznawana jako ważny gracz w neuroblastoma⁹. Jedno badanie silnie wskazuje, że miRNA nadmiernie ekspresjonowane w komórkach neuroblastoma z delecją 1p, w przeciwieństwie do innych podgrup genetycznych neuroblastoma, mogą potencjalnie zakłócać regulację genów związanych z różnicowaniem neuronalnym, przyczyniając się tym samym do patogenezy neuroblastoma¹⁰.

Ponadto zauważono, że miR-495 celował głównie w większość mRNA zaangażowanych w różnicowanie neuronalne¹⁰. MiR-152 celuje w metyltransferazę DNA 1 (DNMT1), aby pośredniczyć w demetylacji DNA, przyczyniając się do procesu różnicowania indukowanego przez kwas all-trans-retinowy (ATRA) i prowadząc do aktywacji syntazy tlenku azotu (NOS1), który jest kluczowym genem w różnicowaniu komórek nerwowych⁶.

Badanie Challagundla i współpracowników donosi, że egzosomowe mikroRNA uwalniane w środowisku neuroblastoma wpływają na oporność na chemioterapię¹¹. Ten mechanizm podkreśla rolę mikroRNA nie tylko w patogenezie, ale także w odpowiedzi na leczenie.

Ścieżki sygnałowe regulowane epigenetycznie

Ścieżka TGF-β jest regulowana przez środowisko komórkowe i jej integrację z innymi ścieżkami sygnałowymi⁶. W nowotworach ta ścieżka jest powiązana z supresją komórkową wczesnych nowotworów oraz proliferacją, inwazyjnością, angiogenezą i kancerogenezie zaawansowanych nowotworów⁶.

MiR-380-5p hamuje wysokie poziomy ekspresji p53, co jest powiązane ze złym rokowaniem w neuroblastoma z ekspansją MYCN⁶. Inaktywacja czynnika transkrypcyjnego p53 poprzez bezpośrednią mutację lub aberrację genetyczną jest cechą charakterystyczną prawie wszystkich nowotworów¹².

Znaczenie terapeutyczne mechanizmów epigenetycznych

Rozwój skutecznych i specyficznych leków epigenetycznych może wkrótce umożliwić odwrócenie patogennych modyfikacji epigenetycznych i tym samym promować różnicowanie neuroblastoma zgodnie z zaprogramowaną ścieżką dojrzewania grzebienia nerwowego⁴. Od czasu identyfikacji ich ról w patogenezie wielu nowotworów litych i hematologicznych, duża część strategii leczenia celuje w mechanizmy epigenetyczne¹.

Idealne biomarkery powinny mieć cechy dobrej stabilności, silnej specyficzności i wysokiej czułości¹². NcRNA albo mają znaczną specyficzność tkankową, albo można je wykryć w surowicy lub innych płynach ustrojowych¹². To czyni je atrakcyjnymi kandydatami na biomarkery diagnostyczne i prognostyczne.

Integracja mechanizmów epigenetycznych

Badania w ostatniej dekadzie dostarczyły mocnych dowodów, że lncRNA odgrywają ważne role w tumorygenezie neuroblastoma i oporności na leki⁸. Wiele ncRNA jest dysregulowanych w neuroblastoma, wskazując, że odgrywają ważne role w rozwoju choroby⁵.

Przyszłe badania będą z pewnością skierowane na dalszą zintegrowaną analizę mRNA, mikroRNA i profilowania liczby kopii genów w celu uzyskania dalszych wglądów w złożone ścieżki molekularne regulujące patogenezę różnych podtypów neuroblastoma¹³. Zintegrowane podejście do analizy mechanizmów epigenetycznych może dostarczyć kompleksowego obrazu patogenezy neuroblastoma i zidentyfikować nowe cele terapeutyczne.