Desarrollo de terapias epigenéticas contra cánceres de origen epitelial

Resumen

Las terapias epigenéticas han demostrado una eficacia muy limitada contra el cáncer cuando se usan como tratamiento único y, en la actualidad, solo un pequeño número de estos fármacos está aprobado para uso clínico, principalmente contra cánceres de origen hematológico. No obstante, el carácter reversible de las modificaciones bioquímicas contra las cuáles están dirigidas ha hecho que las terapias epigenéticas se postulen como potencialmente beneficiosas administradas en forma de adyuvantes, de manera que puedan modular los fenotipos resistentes y sensibilizar a las células tumorales a otro tipo de terapias. Aunque las terapias epigenéticas actuales están basadas en inhibidores de metiltransferasas de ADN e inhibidores de desacetilasas de histonas, son muchas las modificaciones que regulan la actividad de la cromatina. Entre ellas destaca la metilación de histonas en residuos de lisina y arginina, que es llevada a cabo por metiltransferasas que también modifican proteínas no histonas. Con anterioridad a esta Tesis Doctoral, en nuestro laboratorio se diseñaron una serie de derivados químicos de las catequinas del té, con actividad inhibidora sobre la dihidrofolato reductasa. La combinación de uno de estos derivados, el TMCG, con el fármaco DIPY, demostró inhibir eficazmente el ciclo de la metionina y reducir los niveles de SAM, la molécula donadora de grupos metilo en las reacciones de metilación celulares. Por su capacidad hipometilante, esta combinación se denominó HMT. Dada la multitud de moléculas y procesos que pueden verse afectados por la hipometilación (ADN, histonas, proteínas no histonas, etc.) y su acción apoptótica sobre líneas celulares de diferentes tipos de cáncer epitelial, se planteó la utilidad del HMT como adyuvante para la sensibilización de las células tumorales a terapias de daño en el ADN. De acuerdo con esto, el Objetivo Principal de esta Tesis Doctoral fue estudiar los mecanismos epigenéticos que contribuyen a la resistencia del cáncer de mama a la radioterapia y plantear una terapia hipometilante eficaz para su tratamiento y con capacidad para evitar dicha resistencia. Para llevar a cabo este objetivo, se usaron diferentes modelos experimentales: líneas celulares de cáncer de mama, modelos singénicos y de xenoinjerto en ratón, y biopsias de tumores de mama humanos. Además, se emplearon una gran variedad de técnicas de bioquímica (western blot, inmunoprecipitación de proteínas, espectrometría de masas, cuantificación de metabolitos, etc.), biología celular (ensayos de viabilidad, de apoptosis, de migración, de invasión; inmunocitofluorescencia e inmunohistoquímica; citometría de flujo, etc.) y biología molecular (PCR cuantitativa, inmunoprecipitación de cromatina, silenciamiento génico transitorio mediante siRNAs, silenciamiento génico estable mediante CRISPR/Cas9, sobreexpresión génica, ensayos de metilación del ADN, etc.). Los resultados obtenidos mediante estas técnicas se sometieron luego a las pruebas estadísticas apropiadas. El análisis de las muestras de los diferentes modelos experimentales mediante esta batería de técnicas dio lugar a los siguientes resultados, que se pusieron en contexto con las observaciones previas recogidas en la literatura científica: En primer lugar, observamos que a las pocas horas tras la irradiación tiene lugar una subida en los niveles de ATP y SAM que favorece la actividad de, al menos, algunas metiltransferasas de proteínas. En estas condiciones, la metiltransferasa de argininas PRMT1 metila a BRCA1, que se disocia de Bcl-2 en el citosol y migra al núcleo junto con BARD1. En el núcleo, los complejos formados por la forma metilada de BRCA1 y BARD1 promueven la reparación del daño en el ADN mediante recombinación homóloga. La proteína antiapoptótica Bcl-2 migra a la mitocondria. Estos resultados parecen evidenciar que la metilación de BRCA1 por PRMT1 es uno de los mecanismos de resistencia del cáncer de mama a la radioterapia, en tanto que promueve la reparación de las lesiones del ADN y facilita la actividad antiapoptótica de Bcl-2. En segundo lugar, comprobamos que el tratamiento HMT sensibiliza a las células tumorales de mama la radiación ionizante. Por su carácter hipometilante, el tratamiento HMT impide el reclutamiento de las proteínas de reparación a los sitios de rotura de doble hebra del ADN (DSBs) inducidos por la irradiación. Concretamente, impide la dimetilación de las histonas H4K20 y H3K79 mediada por las metiltransferasas MMSET y DOT1L, respectivamente. La ausencia de estas marcas epigenéticas impide el reclutamiento de 53BP1, que media la reparación de las DSBs mediante la unión de extremos no homólogos. Asimismo, el tratamiento HMT impide la metilación de BRCA1 y su migración al núcleo, por lo que las DSBs tampoco pueden ser reparadas mediante recombinación homóloga. El tratamiento HMT promueve así la apoptosis en respuesta a la radiación ionizante, en una medida que es superior a la observada con el uso de otros dos fármacos ensayados: uno que inhibe la metilación del ADN y otro que inhibe la metilación de proteínas mediada por SET9. El tratamiento HMT también disminuye el fenotipo mesenquimal en favor del epitelial y reduce la capacidad de autorrenovación de las células con capacidad iniciadora de tumores. Por último, se estudió el papel de la metiltransferasa de lisinas SET9 en el fenotipo de las células tumorales de mama y se observó que altos niveles de SET9 favorecen el fenotipo epitelial, mientras que bajos niveles promueven el fenotipo mesenquimal y la capacidad de migración. Asimismo, el estudio de su expresión en biopsias de tumores de mama humanos reveló su potencial utilidad como biomarcador. Los tumores benignos y los tumores de pacientes con remisión completa de la enfermedad mostraron altos niveles de ARNm de SET9, en comparación con los bajos niveles presentados por los tumores de pacientes con enfermedad recurrente. Las tinciones inmunohistoquímicas también revelaron que bajos niveles de tinción se asociaron al desarrollo de metástasis. Estos estudios ponen de manifiesto la importancia de los procesos de metilación celulares en la adquisición de fenotipos tumorales y de resistencia a la radiación ionizante en cáncer de mama y evidencian la potencial utilidad de las terapias hipometilantes en la lucha contra esta enfermedad.