Noncoding regulatory mutations contribute to the aberrant gene expression profile of neuroblastomas

Il cancro inizia quando le istruzioni all'interno di una cellula vanno storte, causando una crescita incontrollata. Per decenni, gli scienziati hanno cercato questi errori leggendo le sezioni codificanti le proteine del genoma, ovvero le parti del DNA che fungono da progetti per costruire il macchinario del corpo. Tuttavia, in un tipo specifico e mortale di cancro infantile chiamato neuroblastoma, che si forma nelle ghiandole surrenali o lungo la colonna vertebrale, questi progetti tradizionali appaiono spesso sorprendentemente puliti. I ricercatori hanno trovato pochissimi errori ricorrenti nei geni che producono proteine nei tumori ad alto rischio. Questo silenzio nelle regioni codificanti suggerisce che i veri colpevoli potrebbero nascondersi altrove, nelle vaste estensioni di DNA che non codificano per le proteine, ma che invece agiscono come interruttori, regolatori di intensità e controlli del volume per i geni. Queste regioni non codificanti determinano quando e con quanta forza un gene viene acceso o spento, e se esse sono danneggiate, il comportamento della cellula può cambiare drasticamente, proprio come se un progetto venisse strappato.

Un team di ricercatori dell'Università dell'Alabama a Birmingham si è posto l'obiettivo di trovare questi errori nascosti nel neuroblastoma. Si sono concentrati su un fenomeno chiamato espressione allele-specifica, che si verifica quando una cellula utilizza una copia di un gene in modo diverso rispetto all'altra. In una persona sana, le due copie di un gene producono solitamente quantità simili di proteina. Ma nel cancro, se una mutazione interrompe l'interruttore che controlla una copia, quella copia potrebbe essere silenziata o iperattiva, mentre l'altra rimane normale. Confrontando l'attività di queste coppie di geni nei campioni tumorali rispetto al tessuto surrenale sano, gli scienziati sono riusciti a individuare quali geni venivano gestiti male dal cancro. Hanno poi posto una domanda critica: questi geni gestiti male erano guidati da perdite o guadagni cromosomici su larga scala, comuni in questa malattia, o erano guidati da minuscole, specifiche mutazioni negli interruttori regolatori non codificanti?

I ricercatori hanno analizzato i dati genetici di 156 bambini con neuroblastoma e li hanno confrontati con 220 campioni di tessuto surrenale normale. Hanno identificato 1.363 geni che mostravano questo specifico schema di cattiva gestione solo nei tumori. Questi geni non erano casuali; erano pesantemente coinvolti nello sviluppo del sistema nervoso simpatico e dello stato cellulare adrenergico, che è l'identità specifica che le cellule del neuroblastoma spesso adottano. Sebbene molti di questi geni mal gestiti fossero effettivamente legati a grandi errori cromosomici, il team ha scoperto un gruppo significativo che risiedeva in regioni del genoma con numeri di copie normali. Questa scoperta è stata fondamentale perché ha dimostrato che qualcos'altro oltre al danno cromosomico su larga scala stava causando il malfunzionamento di questi geni.

Scavando più a fondo in queste regioni neutre rispetto al numero di copie, gli scienziati hanno scoperto che i geni mal gestiti erano circondati da una maggiore densità di mutazioni somatiche, ovvero nuovi errori genetici che insorgono nel tumore ma che non sono ereditati. Queste mutazioni non erano sparse casualmente; erano concentrate nelle regioni di cromatina aperta, che sono le parti del DNA accessibili e attive nelle cellule del neuroblastoma. I ricercatori hanno poi utilizzato modelli informatici per prevedere come queste mutazioni influenzassero i siti di legame per i fattori di trascrizione, le proteine che agiscono come interruttori principali per accendere o spegnere i geni. Hanno scoperto che queste mutazioni interrompevano frequentemente i siti di legame per un particolare fattore di trascrizione chiamato GATA3.

GATA3 è un regolatore chiave che aiuta a mantenere l'identità adrenergica delle cellule del neuroblastoma. Lo studio ha dimostrato che quando le mutazioni non codificanti interrompono i siti di legame di GATA3 vicino a determinati geni, tali geni appartengono spesso alla rete regolatoria di GATA3. Un esempio degno di nota è un gene chiamato KMT2C, che agisce come soppressore tumorale. I ricercatori hanno scoperto che i tumori con mutazioni nelle regioni non codificanti vicino a KMT2C, che interrompevano il legame di GATA3, presentavano livelli significativamente inferiori della proteina KMT2C. Ciò suggerisce che le cellule tumorali utilizzino queste minuscole mutazioni non codificanti per spegnere un gene protettivo, disarmando efficacemento le difese naturali della cellula.

Lo studio conclude che le mutazioni regolatorie non codificanti sono un driver importante, ma spesso trascurato, del neuroblastoma. Concentrandosi su come i geni vengono espressi piuttosto che cercare solo i progetti rotti delle proteine, i ricercatori hanno scoperto un nuovo livello di complessità genetica. Hanno dimostrato che questi tumori spesso si affidano a sottili cambiamenti negli interruttori che controllano l'attività genica, in particolare quelli governati da GATA3, per guidare la loro crescita e sopravvivenza. Questo lavoro fornisce una nuova mappa per comprendere come si sviluppa il neuroblastoma e suggerisce che i futuri trattamenti potrebbero dover mirare a questi interruttori regolatori, non solo ai geni che codificano le proteine.