Колоректальный рак с делецией ATRX метастазирует активнее, так как теряет контроль над фенотипом клеток

Рост и метастазирование злокачественных опухолей связаны с высокой гетерогенностью и фенотипической пластичностью раковых клеток. Накопление мутаций может служить одной из причин, однако зачастую радикальные изменения клеточной идентичности происходят без дополнительных перестроек генома — их вызывает нарушение эпигенетического контроля. Такие эпигенетические метки, как метилирование ДНК, посттрансляционные модификации гистонов и компактизация хроматина, формируют регуляторный ландшафт, который определяет транскриптомный профиль клетки и ее предрасположенность к злокачественной трансформации.

Несмотря на то, что роль эпигенетических изменений в онкогенезе установлена давно, точное влияние нарушений в отдельных регуляторах на клеточную пластичность и метастазирование остается предметом активных исследований. Авторы статьи в Nature выяснили, что утрата хроматин-ремоделирующей хеликазы Atrx усиливает метастатический потенциал опухолевых клеток.

Исследователи проанализировали базу данных Международного консорциума генома рака (ICGC), чтобы определить распространенность мутаций в эпигенетических регуляторах при колоректальном раке. Среди «лидеров» оказался ген Atrx, мутации в котором обнаружились в 7% образцов рака толстой кишки, причем они были ассоциированы с более агрессивным течением болезни.

Для установления роли Atrx в метастазировании авторы провели нокаут этого гена в органоидах колоректального рака мыши и подсадили их мышам. Нокаут приводил к гистологическим изменениям опухоли, но не влиял на ее размеры. Контрольные опухоли имели классическую железистую морфологию, тогда как в нокаутных по Atrx формировались слабодифференцированные участки, клетки распространялись в окружающую строму и теряли экспрессию E-кадгерина в зонах инвазии. У мышей, которым подсадили опухолевые органоиды с нокаутом Atrx, было больше метастазов в печени, лимфатических узлах и диафрагме.

Инактивация Atrx — хроматин-ремоделирующей хеликазы — сопровождалась потерей эпителиальной идентичности толстой кишки. Результаты секвенирования РНК и анализ обогащения по функциональной принадлежности показали, что в отсутствие Atrx снижались доступность хроматина и экспрессия специфичных для толстой кишки транскрипционных факторов, поддерживающих фенотип колоректального эпителия, а также генов, ответственных за его функцию (в том числе HNF4A, CDX1/2, Aqp1, Cftr и Tff3).

В клетках с нокаутом Atrx также наблюдалась активация генов мезенхимальных и плоскоклеточных транскрипционных программ (Twist1, Itga5, Tfap2c, Irx2, Ly6d, Krt5, Cav1, Cdkn1c, Elf5, Plin5, Acacb, Cidea и Dgat2). При этом экспрессия некоторых генов, ассоциированных с эпителиальным фенотипом (например, Epcam) сохранялась, что говорит о переходе опухоли к смешанному состоянию — эпителиальным, мезенхимальным и плоскоклеточным чертам одновременно, — свидетельствующему о высокой степени клеточной пластичности.

Потеря активности HNF4A, сопряженная с нокаутом Atrx, оказалась ключевой для утраты эпителиального статуса и повышения склонности к TGF-β-зависимой эпителиально-мезенхимальной трансформации. Инкубация таких клеток с TGF-β приводила к появлению веретенообразных клеток, напоминающих мезенхимальные. При этом аналогичных эффектов при инкубации с другими индукторами эпителиально-мезенхимального перехода (TNF или IFNγ) не было обнаружено.

Авторы также оценили изменение чувствительности к эпигенетической терапии в клетках с делецией Atrx и без. В опытах использовали два соединения. Первое из них — JQ1 — ингибитор бромодоменных белков семейства BET, нарушающий взаимодействие с ацетилированными гистонами и подавлющий транскрипцию онкогенов. Второе — FK228 — действует как ингибитор гистондеацетилаз, изменяя экспрессию генов, регулирующих клеточную пролиферацию и апоптоз. Применение ингибиторов JQ1 и FK228 нарушило жизнеспособность клеток в обеих линиях вне зависимости от статуса Atrx — нокаут этого гена не влиял на их чувствительность к препаратам.

Полученные данные свидетельствуют о том, что снижение экспрессии гена Atrx нарушает эпигенетические программы, поддерживающие идентичность эпителия толстой кишки, и запускает переход к высокопластичным клеточным фенотипам, ассоциированным с ростом и метастазированием опухоли. Важность эпигенетической регуляции клеток в прогрессии рака, в свою очередь, указывает на потенциальные мишени для терапии.

При раке поджелудочной железы клетки «забывают» о своем происхождении из-за MED12 и p63