DNA methylation profiling and growth inhibitory effects of decitabine in canine hemangiosarcoma cell lines

Kanker wordt vaak begrepen als een ziekte van defecte genen, waarbij de instructies voor het bouwen en onderhouden van cellen corrupt zijn geraakt. Maar er is een andere laag in hoe cellen functioneren, een die niet de letters van de genetische code zelf verandert, maar bepaalt welke van die letters gelezen worden en welke genegeerd worden. Deze laag wordt epigenetica genoemd, en een primair mechanisme binnen deze laag is DNA-methylering. Stel je de DNA-streng voor als een lang boek met instructies; methylering werkt als een klein plakbriefje dat over bepaalde woorden is geplaatst, waardoor ze effectief worden verstomd zodat de cel ze niet kan lezen. In gezonde weefsels worden deze briefjes zorgvuldig geplaatst om ervoor te zorgen dat de juiste genen op het juiste moment actief zijn. In tumoren loopt dit systeem echter vaak scheef, waarbij er te veel briefjes worden geplaatst over genen die actief zouden moeten zijn, zoals genen die kanker stoppen met groeien, of te weinig briefjes op genen die stil moeten zijn. Het begrijpen van hoe dit etiketteringssysteem fout gaat bij specifieke kankersoorten zou nieuwe manieren kunnen onthullen om ze te behandelen, met name door gebruik te maken van medicijnen die deze plakbriefjes kunnen wegvegen en het vermogen van de cel om haar eigen instructies te lezen kunnen herstellen.

Hemangiosarcoom bij honden is een bijzonder agressieve en dodelijke vorm van kanker die ontstaat uit de bekleding van de bloedvaten bij honden. Het verspreidt zich snel en is moeilijk te behandelen met de huidige chirurgische en chemotherapeutische opties. Onderzoekers aan de Universiteit van Hokkaido en hun internationale collega's besloten te onderzoeken of deze specifieke kanker wordt gedreven door fouten in DNA-methylering. Ze richtten zich op twee verschillende cellijnen afgeleid van de ziekte, genaamd JuB2 en Re21, en vergeleken deze met gezonde bloedvatcellen uit de aorta van een hond. Door een techniek te gebruiken die in kaart brengt waar deze chemische labels op het genoom zitten, ontdekten ze dat de kankercellen aanzienlijk meer methyleringstags op de promotors — de aan-schakelaars — van hun genen droegen in vergelaging met de gezonde cellen. Dit suggereerde dat de kankercellen veel van hun eigen genen hadden verstomd, mogelijk inclusief die genen die normaal gesproken de tumor in toom zouden houden.

Om te begrijpen welke verstomde genen het belangrijkst waren, combineerden de wetenschappers hun methyleringskaarten met gegevens over welke genen daadwerkelijk werden uitgeschakeld in de kankercellen. Deze kruisverwijzing leidde hen naar een specifieke groep genen die betrokken zijn bij de vorming van bloedvaten. Eén gen, genaamd ROBO1, viel op omdat het zwaar getagd was met methylering en bijna volledig stil was in de kankercellen, terwijl het actief was in de gezonde cellen. Het ROBO1-gen maakt deel uit van een signaleringssysteem dat helpt bij het sturen van de groei van bloedvaten en zenuwen. De onderzoekers hypotheseerden dat de kankercellen dit gen hadden uitgeschakeld door de schakelaar ervan te bedekken met te veel methyleringstags. Om dit te testen, behandelden ze de kankercellen met decitabine, een medicijn dat bekend staat om het verwijderen van deze chemische tags. De behandeling slaagde erin de tags van het ROBO1-gen te verwijderen, waardoor de cel het weer kon lezen. Dit bevestigde dat het gen inderdaad werd verstomd door methylering en dat het medicijn dit proces kon omkeren.

Het verhaal werd echter complexer toen de onderzoekers keken naar hoe de cellen op het medicijn reageerden, voorbij het enkel weer inschakelen van het gen. Hoewel decitabine de groei van beide kankercellijnen in het laboratorium vertraagde, reageerden de twee lijnen zeer verschillend op de behandeling. In één lijn, Re21, veroorzaakte het medicijn DNA-schade in de cellen en stopte het delen, wat leidde tot een significante vertraging van de tumorgroei wanneer de cellen in muizen werden gekweekt. In de andere lijn, JuB2, vertraagde het medicijn ook de celdeling in het laboratorium, maar wanneer deze in muizen werden gekweekt, groeiden de tumoren met dezelfde snelheid als onbehandelde tumoren. Het medicijn slaagde erin de methyleringstags in de Re21-tumoren te verwijderen, maar faalde in het veranderen van de methyleringsniveaus of het stoppen van de groei van de JuB2-tumoren. Dit onthulde een cruciaal puzzelstukje: zelfs hoewel het medicijn op moleculair niveau werkte om de tags te verwijderen, reageerden de kankercellen op onvoorspelbare manieren. Sommige tumoren waren gevoelig voor de behandeling, terwijl andere dat niet waren, wat suggereert dat de ziekte niet één enkele entiteit is, maar een verzameling van verschillende biologische gedragingen.

De onderzoekers onderzochten ook werkelijke tumorstalen genomen van honden in een veterinaire kliniek om te zien of deze laboratoriumbevindingen overeenkwamen met wat er in echte patiënten gebeurt. Ze keken naar de dichtheid van de methyleringstags in verschillende delen van de tumoren en vergeleken dit met hoe agressief de kanker er onder een microscoop uitzag. Ze ontdekten dat de gebieden van de tumor die er het meest ernstig en ongeorganiseerd uitzagen, een hoger aandeel cellen hadden met zware methyleringstags. Dit suggereert dat het niveau van chemische etikettering een marker kan zijn voor hoe agressief de kanker is, wat een potentiële manier biedt om de ernst van de ziekte te peilen door naar de chemische staat van de cellen te kijken.

Uiteindelijk laat dit onderzoek zien dat DNA-methylering een belangrijke rol speelt bij het hemangiosarcoom bij honden en dat medicijnen ontworpen om deze tags te verwijderen, de verstomde genen kunnen reactiveren. Toch benadrukken de resultaten ook een grote uitdaging bij de behandeling van kanker: de ziekte is zeer heterogeen. Wat voor het ene tumormodel werkt, werkt niet noodzakelijkerwijs voor een ander, zelfs als ze uit hetzelfde type kanker komen. Het medicijn decitabine toonde veelbelovendheid door methylering te omkeren en de groei te vertragen in sommige gevallen, maar het was geen universeel geneesmiddel. De bevindingen suggereren dat toekomstige behandelingen op maat gemaakt moeten worden voor het specifieke moleculaire profiel van de tumor van elke hond, waarbij erkend wordt dat de biologische regels die één kankercellijn beheersen, niet van toepassing kunnen zijn op een andere. Door deze verschillen in kaart te brengen, komen wetenschappers dichter bij het begrijpen van het diverse landschap van deze agressieve ziekte, wat de weg vrijmaakt voor meer precieze en effectieve therapieën in de toekomst.