Cambiar la identidad de las células cancerosas para eliminarlas

Nuevos hallazgos de un estudio liderado por la Facultad de Medicina Veterinaria Andrés Blanco señalan un camino a seguir para el tratamiento de la leucemia mieloide aguda. Crédito: Instituto Nacional del Cáncer

A fines de la década de 1980, los científicos desarrollaron un enfoque revolucionario para tratar la leucemia mieloide aguda (LMA), un tipo de cáncer de la sangre. Llamada terapia de diferenciación, equivalía a una cura de buena fe para muchos pacientes. El tratamiento funciona activando células «atascadas» con una identidad cancerosa para que sigan desarrollándose y madurando, dando lugar a diferentes tipos que no causan enfermedades.

Desafortunadamente, este tratamiento solo funciona para un pequeño subconjunto de pacientes que tienen un subtipo particular de la enfermedad, llamada LMA promielótica (APL). «Durante mucho tiempo, se consideró algo único», dice M. Andrs Blanco, profesor asistente de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania.

Ahora, Blanco y sus colegas han identificó un nuevo enfoque para desencadenar la diferenciación en AMLone con potencial para tratar una gama mucho más amplia de pacientes con AML.

Su estudio, publicado en la revista Cancer Discovery, identifica una enzima que regula el proceso por el cual las células de AML se diferencian . Tanto en líneas celulares como en un modelo animal, los investigadores encontraron que la inhibición de esta enzima, particularmente en combinación con otras terapias contra el cáncer, provocó que las células de AML perdieran aspectos de su identidad asociados con un crecimiento agresivo. Las células también comenzaron a salir del ciclo celular, en el camino hacia la maduración en un nuevo tipo de célula.

«La AML generalmente tiene un mal pronóstico, con una supervivencia de cinco años por debajo del 50 %», dice Blanco, senior y un co-autor correspondiente en el estudio. «Si un enfoque como este, en combinación con otras terapias, pudiera hacer que el cáncer fuera menos agresivo, eso es notable y podría ayudar a muchos pacientes».

Encontrar candidatos

Todas las células derivan de células madre, siguiendo diferentes vías de diferenciación para llegar a su destino final. El laboratorio de Blanco está particularmente interesado en la regulación epigenética de la identidad celular; en otras palabras, cómo factores aparte de la secuencia de ADN de un organismo pueden influir en la forma en que maduran las células.

«Realmente me atrae la idea de que, desde un punto de vista epigenético, todas las células del genoma tienen el mismo ADN, excepto por mutaciones raras, pero puede asumir funciones completamente diferentes», dice Blanco. «Es sorprendente cómo puede suceder eso».

Conociendo el éxito de la terapia de diferenciación en pacientes con LPA, Blanco y sus colegas intentaron comprender qué actores moleculares están involucrados en la regulación epigenética de la diferenciación celular en la LMA en general. . Para seleccionar candidatos, realizaron una evaluación utilizando el sistema CRISPR-Cas9, que puede dirigir fragmentos de ARN asociados con proteínas particulares en la célula, hacer que se eliminen, lo que luego afecta la función celular de una manera que puede evaluarse mediante varios ensayos. . En este caso, buscaban proteínas que, cuando se eliminaban, afectaban la diferenciación celular.

Una de las proteínas examinadas que afectaba la diferenciación celular era KAT6A, una enzima conocida como histona acetiltransferasa, que modifica el ADN. que generalmente ayudan a activar epigenéticamente la expresión génica. Aunque KAT6A no se había estudiado anteriormente en el contexto de la AML, cuando los investigadores buscaron en las bases de datos que catalogaban los datos de expresión génica de los pacientes con cáncer, encontraron que los pacientes con AML tenían niveles más altos de KAT6A que los pacientes con cualquier otro tipo de cáncer o sin cáncer.

Al aprender más sobre su actividad, los investigadores eliminaron KAT6A de una línea celular de AML humana y encontraron que las células crecían más lentamente. Cuando manipularon las células para que tuvieran niveles más bajos de KAT6A, aumentó un marcador de diferenciación, lo que indica que la enzima de alguna manera estaba creando un obstáculo en el camino de la diferenciación celular.

Para ver cómo podría estar actuando KAT6A en un animal, los investigadores bloquearon KAT6A en una línea celular de AML, que luego transfirieron a ratones inmunodeficientes. Descubrieron que los ratones que recibieron células con KAT6A inactivado tenían una enfermedad de crecimiento más lento y vivieron más tiempo que los ratones que recibieron células AML que contenían la proteína.

Concretando un mecanismo

Ahora confiamos en que KAT6A apoyó el crecimiento de AML al bloquear la diferenciación, Blanco y su equipo intentaron identificar los pasos que tomó y las otras moléculas con las que interactuó para lograr esa tarea. Como histona acetiltransferasa, KAT6A puede agregar una de tres modificaciones diferentes a las histonas, proteínas alrededor de las cuales se enrolla el ADN. Cuando los investigadores observaron de cerca los genes asociados con la leucemia, encontraron que uno de esos tres, H3K9ac, a menudo estaba asociado con la activación o desactivación de los genes. Y cuando buscaron en una base de datos que incluye una gran cantidad de información sobre qué genes están vinculados funcionalmente y asociados con la proliferación y supervivencia en las células cancerosas, encontraron una proteína llamada ENL, que se une a H3K9ac después de recibir una modificación de acetilo, la misma modificación que cataliza KAT6A. .

«Definitivamente hubo un ‘¡ajá!’ momento en que buscamos en esta base de datos», dice Blanco.

El hallazgo ayudó a los investigadores a comprender que KAT6A es lo que se conoce como un «escritor». «Escribe» la modificación de H3K9ac, y ENL es un «lector», que asimila esa modificación y actúa en consecuencia.

Blanco y sus colegas definieron un punto de no retorno para las células madre a medida que viajan por el camino de la diferenciación. , regida por una regulación epigenética de la condensación de la cromatina, lo que hace que el ADN sea menos accesible para expresarse. Crédito: Elena Poritskaya

«KAT6A prepara el terreno para que ENL haga su trabajo», dice Blanco.

Con esta nueva comprensión de la regulación de la diferenciación de AML en la mano, el equipo de investigación espera continuar experimentando con la inhibición KAT6A para ver si pueden crear una nueva clase de terapias de diferenciación que puedan tratar muchos más tipos de pacientes con AML.

Punto sin retorno

En una línea de investigación relacionada, el laboratorio de Blanco está buscando una mayor comprensión de la diferenciación celular más ampliamente en células sanas y cancerosas. Un artículo reciente de Cell Reports, en el que Blanco es el primer y coautor correspondiente, examinó la otra cara de la diferenciación del bloqueo KAT6A; es decir, lo que regula la diferenciación celular en las células normales, en lugar de las cancerosas.

Específicamente, Blanco y sus colegas querían entender cómo las células se comprometen con el programa de diferenciación. Examinaron cuándo en el camino de una célula hacia la diferenciación se alcanza un «punto de no retorno», después del cual no pueden volver a una forma más inmadura. Razonaron que los mecanismos de este proceso arrojarían luz sobre cómo las células sanas fijan sus identidades en su lugar.

Los investigadores manipularon las células mieloides, es decir, las que forman diferentes tipos de células sanguíneas, eliminando una proteína diseñada para pausar la diferenciación y luego agregando de vuelta en diferentes puntos de tiempo. Estas células suelen tardar unos cinco días en madurar por completo, pero descubrieron que después de tres días, las células no podían retroceder en su programa de diferenciación; se habían comprometido con su destino. El trabajo posterior aclaró que este proceso está regulado epigenéticamente, lo que implica la condensación de la cromatina y la reducción de la accesibilidad del ADN.

Blanco dice que tales hallazgos científicos básicos sobre cómo funciona la diferenciación no solo arrojan luz sobre la biología normal, sino que eventualmente podrían encontrar aplicación en medicina regenerativa o cáncer.

«Un objetivo a largo plazo de mi laboratorio es intentar que la terapia de diferenciación funcione en estos otros tipos de AML», dice Blanco. «Mi objetivo es hacer eso estudiando los mecanismos básicos de cómo funcionan los programas normales de diferenciación de células mieloides y luego tomando lo que aprendo de esto y usándolo para ayudar a comprender cómo se descompone este proceso en la AML». Tomando juntos los artículos de Cancer Discovery y Cell Reports, dice, representan un progreso hacia esa meta, un progreso con la ayuda de sus colegas y miembros del laboratorio.

«Algo sorprendente de estar en Penn es lo bien que cuidan a sus profesores jóvenes ”, dice Blanco. «Hay demasiadas reuniones y cadenas de correspondencia para citar que me ayudaron a poner en marcha este proyecto y ayudaron a que fructificara».

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El punto de no retorno: la cromatina hace cumplir las decisiones sobre el destino de las células Más información: Fangxue Yan et al, KAT6A y ENL forman un módulo de control transcripcional epigenético para impulsar la expresión de genes leucemogénicos críticos programas, Cancer Discovery (2021). DOI: 10.1158/2159-8290.CD-20-1459

M. Andrs Blanco et al, Las barreras de estado de cromatina imponen una decisión irreversible sobre el destino de las células de mamíferos, Cell Reports (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109967 Información de la revista: Cancer Discovery , Cell Reports