Urothelial-lineage master transcription factor hub proteomics shows mechanisms impeding urothelial cancer cell differentiation

Immagina che il tuo corpo sia una città enorme e frenetica. Ogni cellula è un lavoratore con un compito specifico: alcuni sono muratori, altri elettricisti e altri ancora i lavoratori specializzati dell' "ombrello" che rivestono l'interno della vescica, mantenendola impermeabile e sicura. Per diventare questi lavoratori specializzati, una cellula ha bisogno di un insieme di istruzioni e di una squadra di manager che le leggano. Questi manager sono chiamati fattori di trascrizione. Immaginali come i capisquadra che stanno al cantiere edile, con in mano i progetti e gridando: "Ok, squadra, costruiamo una cellula-ombrello!"

Ma c'è un problema. I progetti sono spesso chiusi dentro una grossa pallina di lana aggrovigliata chiamata cromatina. Per leggere le istruzioni, i capisquadra hanno bisogno di una squadra che sbrogli la lana e apra i lucchetti. Questa squadra è divisa in due team. I Coattivatori (CoA) sono i membri della squadra utili che sbrogliano la lana e premono l'interruttore "ON" per i geni necessari a costruire la cellula. I Corepressori (CoR) sono l'opposto; sono i membri della squadra che riannodano la lana stretta e premono l'interruttore "OFF", impedendo alla cellula di cambiare il proprio lavoro. In una città sana, questi due team lavorano in un perfetto equilibrio, permettendo alle cellule di crescere quando necessario e poi di stabilizzarsi nei loro ruoli finali e specializzati.

Ora, immagina un cantiere dove i soccorritori utili che sbrogliano la lana sono scomparsi e la squadra che annoda ha preso il controllo dell'intero sito. I capisquadra stanno ancora gridando le istruzioni, ma la lana è troppo stretta per essere letta. I lavoratori si confondono, continuano a cercare di costruire la stessa cosa all'infinito e non finiscono mai il loro addestramento. Questo è esattamente ciò che accade nel tumore alla vescica. Le cellule sono bloccate in un ciclo di crescita infinita, incapaci di maturare nelle cellule-ombrello protettive che avrebbero dovuto diventare. Gli scienziati sanno da tempo che i "capisquadra" (i fattori di trascrizione) sono presenti e lavorano duramente, ma non sapevano perché le cellule fossero ancora bloccate. Un nuovo studio indaga la macchina per scoprire perché la squadra che annoda i nodi stia vincendo la battaglia.

Il mistero del cantiere bloccato

In questo studio, i ricercatori Caroline Schuerger, Yogen Saunthararajah e il loro team presso la Cleveland Clinic e il Fred Hutch Cancer Center hanno deciso di indagare l'ufficio del "caposquadra" nelle cellule di tumore alla vescica. Si sono concentrati su due capisquadra specifici, FOXA1 e CEBPB, noti per essere i capi che guidano le cellule della vescica a diventare quelle protettive cellule-ombrello. Nonostante questi capi siano presenti nelle cellule tumorali, le cellule si rifiutano di crescere. Il team voleva vedere chi altro stesse frequentando l'ufficio con questi capi. C'erano gli untanglers utili? O la squadra che annoda i nodi aveva preso il sopravvento?

Chi c'è nella stanza?
Il team ha utilizzato una tecnica chiamata spettrometria di massa, che è come un detective molecolare ad alta tecnologia, per estrarre i capisquadra dalle cellule tumorali e vedere quali proteine erano attaccate a loro. Hanno trovato uno squilibrio evidente. Gli aiutanti più abbondanti che hanno trovato erano il complesso SWI/SNF (una squadra di untanglers che include una proteina chiamata ARID1A) e gli scrittori di interruttori "ON" (CREBBP e EP300). Tuttavia, hanno anche trovato una forte presenza della squadra che annoda i nodi, specificamente DNMT1, HDAC1, CHD4 e SMARCA5.

Quando hanno esaminato la storia genetica di migliavere di pazienti con tumore alla vescica, la storia è diventata ancora più chiara. In circa il 98% dei casi di tumore alla vescica, i geni per gli untanglers utili (come ARID1A, SMARCA4, CREBBP e EP300) erano rotti, deleti o mutati. Era come se la città avesse licenziato i migliori sbrogliatori. Allo stesso tempo, in circa l'80% dei casi, i geni per la squadra che annoda i nodi (come DNMT1, CHD4 e SMARCA5) erano amplificati o avevano ottenuto copie extra. Le cellule tumorali avevano essenzialmente raddoppiato la posta sulla squadra che mantiene la lana stretta e annodata.

La differenza tra "Crescita" e "Cresciuto"
I ricercatori hanno anche scoperto qualcosa di affascinante su come lavorano questi team. I geni della "crescita" (che dicono alla cellula di dividersi e moltiplicarsi) sono solitamente facili da accedere; non hanno bisogno di molto aiuto per sbrogliare la lana. Ma i geni "cresciuti" (quelli che trasformano una cellula in una cellula ombrello specializzata) sono chiusi stretti. Hanno un disperato bisogno della squadra di sbrogliatori per aprirli. Poiché le cellule tumorali avevano perso i loro untanglers e guadagnato troppi knot-tyers, i geni della "crescita" continuavano a correre selvaggiamente, mentre i geni "cresciuti" rimanevano bloccati.

Testare la teoria: Possiamo sistemare la squadra?
Per dimostrare che questo squilibrio era il vero colpevole, il team ha eseguito alcuni esperimenti per vedere se sistemare la squadra avrebbe sistemato le cellule.

1. Ripristinare l'Untangler: Hanno preso una linea cellulare di tumore alla vescica (UC-6) che aveva un gene ARID1A rotto e hanno usato un virus per reinserire una copia funzionante del gene. Quando hanno attivato il nuovo ARID1A, le cellule hanno smesso di dividersi così velocemente. Più importante ancora, hanno iniziato ad attivare i geni delle cellule ombrello, come GATA6 e UPK2 (uroplachina 2). Le cellule stavano finalmente iniziando a crescere.
2. Rimuovere il Knot-Tyer: Hanno preso un'altra linea cellulare (UC-3) e hanno usato uno strumento chiamato siRNA per silenziare il gene DNMT1 (il knot-tyer). Il risultato è stato lo stesso: le cellule hanno smesso di moltiplicarsi e hanno iniziato a esprimere i geni della cellula ombrello.
   3.ere Usare un farmaco: Hanno anche testato un farmaco a piccola molecola chiamato CCF101, progettato per bloccare la famiglia di knot-tyers ISWI/CHD (come SMARCA5 e CHD4). Quando hanno trattato le cellule tumorali con questo farmaco, le cellule hanno cambiato forma, apparendo più simili a cellule mature e specializzate, e la loro crescita è rallentata significativamente. Fondamentalmente, le cellule non sono morte per apoptosi (morte cellulare programmata); hanno semplicemente smesso di dividersi e sono mature.

Cosa significa questo
Lo studio suggerisce che il tumore alla vescica non riguarda solo le cellule che crescono troppo velocemente; riguarda le cellule che rimangono bloccate in uno stato di "infanzia senza fine" perché la macchina che sblocca le loro istruzioni finali è rotta. Le cellule tumorali hanno perso la capacità di sbrogliare il DNA necessario per diventare cellule ombrello, mentre contemporaneamente hanno guadagnato troppi strumenti per mantenere il DNA aggrovigliato.

I ricercatori propongono che, se riusciremo a trovare farmaci per fermare la squadra che annoda i nodi (i corepressori) o per ripristinare la squadra che sbroglia (i coattivatori), potremmo essere in grado di ingannare le cellule tumorali affinché completino il loro addestramento e diventino cellule mature e innocue. Sebbene i farmaci testati (come decitabina e CCF101) abbiano mostrato promesse in laboratorio, gli autori notano che i farmaci attuali hanno effetti collaterali e non sono ancora perfetti. Tuttavia, questo studio punta a un nuovo modo di pensare: invece di cercare solo di uccidere le cellule tumorali, forse possiamo aiutarle a crescere e a smettere di essere un tumore fin dall'inizio.