HDAC1 и HDAC6 необходимы для стимулирования роста глиомы с мутацией IDH1.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 12433 (2023) Цитировать эту статью

467 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Глиомы низкой степени злокачественности и вторичные глиомы высокой степени злокачественности часто содержат мутации метаболических ферментов IDH1 или IDH2, которые, как предполагается, управляют онкогенезом путем ингибирования многих ферментов, регулирующих хроматин, которые регулируют структуру ДНК. Ингибиторы гистондеацетилазы являются многообещающими противораковыми средствами и уже используются в клинических испытаниях. Однако четкое понимание их механизма или генов-мишеней отсутствует. В этом исследовании авторы генетически препарируют культуры мутантов IDH1, полученные от пациентов, чтобы определить, какие ферменты HDAC способствуют росту глиом с мутацией IDH1. Панель линий глиомасферных клеток, полученных от пациента (2 мутантные линии IDH1, 3 линии дикого типа IDH1) была подвергнута скринингу эпигенетически модифицирующих препаратов из разных эпигенетических классов. Влияние LBH (панобиностата) на экспрессию генов и структуру хроматина было протестировано на мутантных линиях IDH1, полученных от пациента. Роль каждого из высокоэкспрессируемых ферментов HDAC была молекулярно изучена с использованием лентивирусных векторов, подавляющих интерференцию РНК, и полученной от пациента мутантной модели глиобластомы IDH1 in vitro (HK252). Эти результаты были затем подтверждены на модели ксенотрансплантата in vivo (BT-142). Мутация IDH1 приводит к снижению регуляции гена, гиперметилированию ДНК, повышенной доступности ДНК и гипоацетилированию H3K27 в двух различных моделях сверхэкспрессии мутанта IDH1. В ходе скрининга на лекарства были идентифицированы ингибиторы гистондеацетилазы (HDACi) и панобиностат (LBH), более конкретно, как наиболее селективные соединения, подавляющие рост линий глиомы с мутацией IDH1. Из одиннадцати аннотированных ферментов HDAC (HDAC1-11) только шесть экспрессируются в образцах ткани глиомы с мутацией IDH1 и линиях глиомасфер, полученных от пациента (HDAC1-4, HDAC6 и HDAC9). Эксперименты по нейтрализации лентивирусов показали, что HDAC1 и HDAC6 наиболее необходимы для роста как in vitro, так и in vivo и нацелены на очень разные генные модули. Нокдаун HDAC1 или HDAC6 in vivo привел к образованию более ограниченной и менее инвазивной опухоли. Нарушение регуляции генов, вызванное мутацией IDH1, широко распространено и лишь частично обратимо прямым ингибированием IDH1. Это исследование идентифицирует HDAC1 и HDAC6 как важные и целенаправленные ферменты, необходимые для роста и инвазивности глиом с мутацией IDH1.

Исследования секвенирования глиом низкой степени злокачественности у взрослых выявили точечные мутации в активных центрах метаболических ферментов IDH1 и IDH2, которые обеспечивают новую ферментативную функцию восстановления альфа-кетоглутарата до онкометаболита 2-гидроксиглутарата (2-HG)1. Многие ферменты, регулирующие хроматин (например, ДНК-деметилазы TET и деметилазы гистонов JMJ), требуют альфа-кетоглутарата в качестве кофактора, а в высоких концентрациях 2-HG может действовать как конкурентный ингибитор, приводящий к гиперметилированию ДНК и гистонов, что приводит к широко распространенному подавлению генов. регулирование2. После этого открытия большинство исследований было сосредоточено на влиянии мутаций IDH1 и IDH2 на TET2 и гиперметилирование ДНК, в результате чего гистоны остаются относительно недостаточно изученными3,4,5. Мутации TET2 и IDH являются общими и взаимоисключающими при остром миелогенном лейкозе6 (ОМЛ), а у мышей с нокаутом Tet2 и IDH1 спонтанно развивается лейкемия7,8. Это говорит о том, что в случае ОМЛ мутация IDH1 действует в первую очередь за счет ингибирования функции TET2. Однако туморогенный механизм мутаций IDH в глиомах менее ясен. Мутации TET2 редки при глиоме, и ни у мышей с нокаутом Tet2, ни у мышей с нокаутом IDH1 спонтанно не возникают опухоли головного мозга.

Исследования секвенирования гистологически сходных педиатрических диффузных внутренних глиом моста низкой степени злокачественности (DIPG) выявили единичную замену лизина на метионин в субъединице гистонов H3 (H3K27M)9,10,11. В нормальных условиях лизин H3K27 может быть ацетилирован (H3K27ac) или метилирован (H3K27me3), что приводит к открытию или закрытию нуклеосомы соответственно11,12. Мышиные модели показывают, что мутация H3K27M приводит к усилению ацетилирования гистонов и усилению экспрессии генов9,10. Интересно, что эти исследования также показали, что уровни ацетилирования H3K27 коррелируют с внутриклеточными концентрациями альфа-кетоглутарата, что позволяет предположить, что мутации IDH1/2, которые вызывают истощение запасов альфа-кетоглутарата, могут приводить к соответствующему деацетилированию H3K2713.

2 fold changed) genes from each of the drug treatment data sets was assigned to one of the following sub-groups: (1) unique to one of the HDAC knockdown sets, (2) “non-unique” i.e. shared by more than one HDAC knock-down gene set, or (3) “unaccounted” if the gene was not found in any of the HDAC knock-down sets). (D) RNA-seq datasets from each knockdown as well as drug treatment samples (1 mM VPA, and 15 nM LBH) underwent PCA analysis (HK252)./p>

200 nucleotides) was purified from cells using the Quick-RNA MiniPrep Plus Kit (Zymo Research, #R1057). The quality control check on RNA-seq reads was performed with FastQC v0.11.7. Adapter sequences and bad quality segments were trimmed using Trim Galore! v0.4.2 and cutadapt v1.9.1. The trimmed reads were aligned to the reference human genome version GRCh38/hg38 with the program STAR v2.6.1e. Duplicate aligned reads were removed using the program sambamba v0.6.8. Gene-level expression was assessed by counting features for each gene, as defined in the NCBI's RefSeq database. Read counting was done with the program featureCounts v1.6.2 from the Rsubread package. Raw counts were normalized with respect to library size and transformed to log2 scale using rlog() function in R package DESeq2 v1.26.0./p>