cooperación de oncoproteínas en el desarrollo de la leucemia

COOPERACIÓN DE ONCOPROTEÍNAS EN EL
DESARROLLO DE LA LEUCEMIA
Investigador principal:
Dr. Luciano di Croce
Centre de Regulació Genòmica
Duración: 3 años

1. Resumen
La desregulación de los factores de transcripción, coincidiendo con las
alteraciones epigenéticas, es un rasgo distintivo de muchos tipos de
leucemia. Se sabe que el factor de transcripción c-Myc se activa en
aproximadamente un 70% de todos los cánceres. Por tanto, nos
proponemos estudiar la interacción funcional de c-Myc con la proteína de la
leucemia promielocítica (PML). A pesar de que la PML por sí sola es una
proteína supresora de tumores, su fusión con el receptor de ácido retinoico
alfa (RARa) da como resultado una translocación cromosómica en la
leucemia aguda promielocítica (APL), convirtiéndose en una potente
oncoproteína.
Nuestros resultados dilucidarán un aspecto nuevo y posiblemente
involucrado en la regulación general del oncógeno Myc, cuya desregulación
podría contribuir a una gran variedad de cánceres y leucemia. Nuestro
estudio aportará importantes elementos para entender cómo la
oncoproteína PML-RARa y Myc cooperan en la regulación de genes y en el
desarrollo de APL.
El propósito del presente proyecto es caracterizar la interacción y
cooperación de c-Myc con la proteína supresora de tumores PML y con su
homólogo oncogénico PML-RARa, así como identificar los mecanismos de
silenciamiento epigenético durante los primeros pasos de progresión de la
leucemia.
Cada vez existen mayores evidencias de que PML actúa como un gen
supresor de tumores. Por el contrario, la expresión de Myc está asociada
con la proliferación celular incontrolada y con la inestabilidad genómica,
principalmente por la regulación positiva de genes que promueven el
crecimiento celular y la proliferación, así como por la regulación negativa de
genes que tienen efectos citostáticos y de vigilancia del DNA. Resulta
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significativo que el 15-40% de los pacientes con leucemia aguda
promielocítica (APL) presenten trisomía completa o parcial del cromosoma 8
como defectos secundarios, correspondiendo la región más pequeña que se
beneficia a 8q23-24, donde se encuentra el gen de c-Myc. La observación
de que la trayectoria tumorigénica de Myc se seleccione preferentemente en
estas malignidades, sugiere que puede ser necesario examinar PML para
estudiar la actividad de Myc. Se requiere PML para la represión
transcripcional de genes diana alterados, la mayoría de los cuales son
también diana de Myc. Sobre la base de estos resultados preliminares,
seguiremos 3 líneas paralelas de investigación que afrontará los
mecanismos moleculares y los aspectos in vivo del proyecto. Más
específicamente, estudiaremos:
1. La interferencia de PML en la función de Myc.
Basándonos en nuestro descubrimiento preliminar que PML reduce la vida
media de la proteína Myc, estudiaremos este nuevo aspecto en la regulación
del oncógeno Myc y su relevancia en la leucemia.
2. La cooperación de Myc con factores de transcripción oncogénicos. Esta
parte del proyecto se centrará en la cooperación entre los factores de
transcripción oncogénica y Myc.
2.1. Los mecanismos de silenciamiento epigenético impuestos por PML-
RARa en la leucemia. El factor de transcripción oncogénico PML-RAR bloquea
la transcripción a través del reclutamiento de mecanismos epigenéticos,
como DNMT y las proteínas del grupo Polycomb.
2. Resultados
Visión general
Hemos seguido diferentes líneas de investigación aparentemente
independientes (cuyos resultados aparecen publicados en diferentes
manuscritos). A pesar de ello, las mencionadas líneas se interconectan, no
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sólo por el uso del mismo sistema modelo (células de leucemias agudas
promielocíticas), sino también por el conocimiento acumulado durante estos
3 últimos años sobre cómo múltiples mecanismos están involucrados en las
transformaciones leucémicas. Podemos llegar al fondo de estos mecanismos
y en el futuro ser capaces de detectar aquellos mecanismos cambiantes
para obtener un enfoque terapéutico.
Las principales conclusiones son:
1) La desestabilización de Myc mediada por PML y la derepresión de genes
que inhiben el ciclo celular como mecanismo regulador importante que
permite la diferenciación de células y que podría evitar la proliferación
aberrante conducida por la actividad incontrolada de Myc.
2) Myc fosforilado regula un conjunto de genes involucrados en la
diferenciación hematopoyética. Se consigue por la interacción directa con
otros factores de transcripción básicos. Ya que la interacción se retiene en
las células leucémicas, se puede explotar para realzar la diferenciación de
células indiferenciadas.
3) El papel clave que desempeña la oncoproteína PML-RAR durante el
desarrollo de la leucemia por ser una diana directa de las proteínas del
grupo Polycomb.
Descripción
1. PML interfiere en la función de Myc
Nuestros resultados muestran que la interacción de PML con Myc no sólo
provoca una reducción en los niveles proteicos de Myc, sino que también
inhibe su función transcripcional con un sesgo en sentido represivo.
Mostramos que la proteína PML contribuye a estimular la diferenciación
granulocítica a través de la desestabilización de la proteína Myc. Teniendo
en cuenta la función de inhibición del crecimiento de los genes diana
cdkn2b/p15 y cdkn1a/p21, la degradación de Myc mediada por PML puede
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aportar un mecanismo de regulación importante para mantener la función
de Myc controlada y, de este modo, prevenir la proliferación aberrante de
las células. En la leucemia aguda promielocítica, la proteína de fusión PML-
RARa ejerce su capacidad oncogénica interfiriendo en las funciones
normales de RARa y PML. La presencia de la fusión PML-RARa no sólo
reduce los niveles endógenos de PML a causa de la ocupación de un alelo,
sino que también inhibe activamente muchas de las funciones normales de
PML. La pérdida de la regulación negativa de Myc a través de PML puede, en
consecuencia, contribuir al desarrollo de cáncer. Es por ello que entender
detalladamente la regulación de Myc por parte de PML aporta otra pista
importante para entender el complejo proceso de la carcinogénesis.
Figura 1. PML induce la degradación de Myc, reactivando los genes reprimidos por Myc.
2. Cooperación de Myc con un factor de transcripción oncogénico
Hemos demostrado que un factor de transcripción oncogénico interacciona
con Myc. Esto lleva a la corregulación de un conjunto de genes en células
leucémicas. La cooperación en la regulación de la transcripción depende
estrictamente del estado de fosforilación de Myc. La presencia de ambos
factores de transcripción en los genes diana provoca un reclutamiento
específico de un conjunto de correguladores, observado a través de la
técnica de inmunoprecipitación de la cromatina. Por último, Myc fosforilado
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incrementa la habilidad de los quimioterápicos para inducir la diferenciación
de células de leucemia aguda promielocítica.
Figura 2. Myc fosforilado facilita la diferenciación de las células cancerígenas.
3. Mecanismos de silenciamiento epigenético inducidos por PML-RARa en
leucemia
Hemos investigado el papel del grupo de proteínas Polycomb y el complejo
NuRD en el establecimiento y mantenimiento del silenciamiento aberrante
de genes supresores de tumores durante la transformación inducida por la
proteína de fusión asociada a la leucemia PML-RARa. Nuestros resultados
muestran que el complejo NuRD desempeña un papel esencial a lo largo de
la deposición de marcas epigenéticas. Adicionalmente, si disminuimos la
cantidad del complejo represivo Polycomb 2 (knockdown) en células
leucémicas, pueden revertirse no sólo las modificaciones de las histonas,
sino también inducir desmetilación del DNA de los genes diana de PML-
RARa. Esto resulta en la reactivación de los promotores y la diferenciación
granulocítica. Cabe resaltar que las alteraciones epigenéticas producidas por
PML-RARa pueden ser revertidas a través de tratamiento con ácido retinoico
de blastos primarios procedentes de pacientes con leucemia. Nuestros
resultados demuestran que la afectación directa del grupo de proteínas
Polycomb por un oncógeno desempeña un papel clave durante la
carcinogénesis.
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Figura 3. PML-RARa bloquea la transcripción de diferentes genes claves en la diferenciación
hematopoyética a través de la interacción con los complejos NuRD y Polycomb. La
inhibición de la actividad Polycomb junto con el tratamiento con ácido retinoico puede
restablecer la diferenciación normal.
3. Relevancia y posibles implicaciones clínicas de los resultados
finales obtenidos
El papel que desempeña la epigenética en cáncer es cada vez objeto de más
estudios, aunque sin embargo, la interacción entre factores de transcripción
y alteraciones epigenéticas ha sido poco investigada. Por dicha razón el
objetivo de nuestro proyecto fue caracterizar la interacción y cooperación de
c-Myx con el supresor de tumores PML y su equivalente oncogénico PML-
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RARa, así como identificar los mecanismos de silenciamiento epigenético
durante los primeros pasos de la progresión leucémica.
Los resultados que hemos obtenido durante nuestra investigación
contribuirán a la comprensión general de los pasos moleculares del
silenciamiento génico y el papel de la epigenética en el desarrollo del
cáncer.
Cabe señalar que los tipos de análisis que hemos utilizado pueden
proporcionar a su vez nuevos datos funcionales sobre los complejos
moleculares recientemente identificados, llevándonos de esta forma a
identificar perfiles únicos de alteraciones en leucemia. Además, nuestro
trabajo completo ayudará a identificar nuevas dianas biológicas que pueden
ser explotadas como terapia en cáncer. Teniendo en cuenta que la
desregulación de genes está involucrada en la patogénesis de muchos otros
desórdenes, el conocimiento obtenido será aplicable de múltiples formas.
Estas aproximaciones técnicas y científicas podrían ser potencialmente
aplicadas en estudios de diferentes complejos moleculares y tumores.
4. Publicaciones
Buschbeck M., Uribesalgo I., Ledl A., Gutierrez A., Minucci S., Muller S., and
Di Croce L. (2007)
PML4 induces differentiation by Myc destabilization.
Oncogene, 26, 3415-3422.
Villa R, Pasini D, Gutierrez A, Viré E, Nomdedeu JF, Jenuwein T, Pelicci PG,
Minucci S, Fuks F, Helin K, and Di Croce L (2007)
Role of the Polycomb repressive complex 2 in leukemia.
Cancer Cell, 11, 513-525.
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Carnicer MJ, Lasa A, Buschbeck M, Serrano E, Carricondo M, Brunet S,
Aventin A, Sierra J, Di Croce L, and Nomdedeu JF. (2008)
K313dup is a recurrent CEBPA mutation in de novo acute myeloid leukemia
(AML).
Ann Hematol, 87, 819-27-81.
Morey L, Brenner C, Fazi F, Villa R, Gutierrez A, Buschbeck M, Nervi C,
Minucci S, Fuks F, and Di Croce L. (2008)
MBD3, a component of the NuRD complex, facilitates chromatin alteration
and deposition of epigenetic marks.
Mol Cell Biol. 28, 5912-23.
Buschbeck M, Uribesalgo I, Wibowo I, Rué P, Martin D, Gutierrez A, Morey
L, Guigó R, López-Schier H, and Di Croce L. (2009)
The histone variant macroH2A is an epigenetic regulator of key
developmental genes.
Nature Struct Mol Biol. 16,1074-79.
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