Au La Jolla Institute for Immunology (LJI), les chercheurs ont fait une percée majeure dans la compréhension de la manière dont la suppression des gènes qui codent pour les protéines TET peut entraîner la croissance du cancer. Leur nouvelle étude, publiée dans Communication Natureest le premier à montrer les conséquences immédiates de la suppression des trois gènes de la famille TET dans les cellules souches embryonnaires de souris.

En utilisant ce modèle de souris, les chercheurs ont découvert que les protéines TET sont essentielles au bon fonctionnement du processus de réplication des cellules et de l’ADN. Sans protéines TET, des gènes importants disparaissent, entraînant des mutations ou des aneuploïdies (an-new-ploy-dees).

Les aneuploïdies sont des cas où du matériel génétique est ajouté ou supprimé à grande échelle. Les cellules atteintes d’aneuploïdies ne manquent pas seulement d’un gène. Au lieu de cela, des gènes disparaissent sur un chromosome entier. « Les aneuploïdies sont une caractéristique commune des cellules cancéreuses », déclare Hugo Sepulveda, Ph.D., chercheur postdoctoral au LJI.

Découvrir ce lien direct entre la perte de fonction TET et les aneuploïdies est une découverte majeure dans le domaine de la biologie cellulaire, et cela donne aux chercheurs un indice sur la façon de trouver les gènes qui sous-tendent le développement du cancer. « Nous pouvons maintenant comprendre les mécanismes derrière le développement de l’aneuploïdie, bien que nous ne puissions pas dire que ces changements se produisent toujours par les mêmes gènes dans d’autres types de cellules », déclare Hugo Sepulveda, Ph.D., chercheur postdoctoral au LJI.

Sepulveda a codirigé la recherche avec l’ancien chercheur postdoctoral LJI Romain Georges, Ph.D., qui a généré le modèle de souris et dérivé les cellules souches pour le projet. Le professeur LJI Anjana Rao, Ph.D., a été l’auteur principal de l’étude.

Que sont les protéines TET ?

En tant que chercheur à Harvard, Rao a découvert la famille de protéines TET avec Mamta Tahiliani, Ph.D., et L. Aravind, Ph.D. Depuis, ses travaux ont montré que les protéines TET sont des acteurs clés de la croissance et du développement cellulaire. Les protéines TET peuvent protéger contre les mutations cancérigènes et même contre l’inflammation et les maladies cardiovasculaires. Les protéines TET jouent un rôle si important dans les cellules car elles influencent la méthylation de l’ADN, un processus qui modifie la façon dont l’ADN est lu et les gènes sont exprimés.

Le travail de Rao était particulièrement important pour comprendre la fonction TET dans les cellules immunitaires, telles que les cellules T, les cellules B et les cellules myéloïdes. « Le Dr Rao a montré que chaque fois que vous avez une délétion d’un gène TET dans ces cellules, vous voyez le développement d’un type de cancer agressif différent », explique Sepulveda.

Au fur et à mesure que cette recherche se poursuivait, l’équipe du LJI a remarqué quelque chose d’étrange : les cellules avec des protéines TET manquantes ou altérées ont également tendance à avoir des aneuploïdies. Voici un autre lien entre les protéines TET et les cancers.

Les cellules avec une perte de fonction TET avaient tendance à avoir des aneuploïdies et les cellules cancéreuses avaient tendance à avoir des aneuploïdies. Mais qu’est-ce qui vient en premier ? La perte de fonction TET déclenche-t-elle des aneuploïdies et des cancers, ou est-ce l’inverse ?

Une découverte passionnante

Pour mieux comprendre le cancer, Georges et Sepulveda se sont tournés vers les cellules souches embryonnaires de souris comme modèle. Ces cellules étaient naturellement prêtes à se diviser rapidement mais n’étaient pas susceptibles de développer des cancers. Les chercheurs avaient besoin de voir comment la suppression des protéines TET pouvait faire bouger les choses.

À maintes reprises, Georges, Sepulveda et leurs collègues ont découvert que les cellules avec une délétion TET développaient des aneuploïdies à trois fois le taux des cellules normales. Ces cellules altérées ont perdu des gènes très rapidement et de manière aléatoire. Les scientifiques ont pu voir les effets dans les tout premiers embryons, qui se composaient de seulement huit cellules.

« Cela a prouvé que la suppression de TET avait un effet direct sur les aneuploïdies », déclare Sepulveda. « C’était très excitant et n’avait jamais été montré auparavant. »

Ensuite, les chercheurs se sont tournés vers une technique de séquençage appelée RNA-seq pour voir comment la suppression de TET affecte d’autres gènes. Ils ont constaté une « régulation à la baisse », ou une désactivation, de certains gènes associés à la réplication des cellules et de l’ADN. Cette découverte a suggéré que la suppression de TET était un coup dur pour un système qui maintient les cellules en division normale.

Alors, quels gènes sont à blâmer ?

La délétion de TET dans les cellules souches embryonnaires de souris semble avoir le plus grand effet sur un gène appelé Khdc3, qui appartenait à un système, ou complexe, précédemment étudié pour son activité d’aide à la division des ovocytes. Ce complexe n’est pas bien étudié, mais Khdc3 était connue pour être importante pour maintenir la stabilité du génome dans les ovocytes avant et après la fécondation, et dans les premiers stades du développement embryonnaire.

Lorsque les chercheurs ont restauré la fonction de la protéine KHDC3 dans ces cellules, ils ont été surpris de voir que la stabilité du génome était également rétablie. L’aneuploïdie était inversée. Le complexe qui Khdc3 fait partie de était de retour à faire son travail.

La nouvelle étude a révélé deux faits clés concernant la perte de fonction TET. Premièrement, que la perte de fonction TET est une cause directe des aneuploïdies liées aux cancers, puisqu’elle a entraîné une diminution Khdc3 expression. Deuxièmement, cette perte de fonction TET dans les cellules souches embryonnaires affecte la stabilité du génome via certains complexes contenant KHDC3.

Sepulveda prend soin de noter que le Khdc3 Le complexe n’est connu pour être actif qu’au début du développement embryonnaire et dans les cellules souches embryonnaires. Cela signifie que même si des aneuploïdies sont observées dans les cancers déficients en TET, les scientifiques doivent déterminer si ces cancers régulent positivement KHDC3 (la plupart des cancers ont tendance à réguler positivement les gènes embryonnaires) et, si c’est le cas, si les aneuploïdies qu’ils développent sont causées par une fonction KHDC3 aberrante.

Notamment, des aneuploïdies sont observées dans de nombreux cancers dans lesquels les TET ne sont pas mutés, mais ces cancers pourraient avoir perdu la fonction TET en raison de perturbations métaboliques.

« L’instabilité du génome dans les cellules cancéreuses pourrait se produire à travers des gènes autres que Khdc3mais par un mécanisme de régulation similaire qui implique également des changements dans les schémas de méthylation de l’ADN », explique Sepulveda. « Que les cancers associés au TET développent des aneuploïdies en dérégulant différents gènes que Khdc3 est encore une question ouverte. »

À l’avenir, Sepulveda espère découvrir exactement comment le Khdc3 Le complexe favorise la stabilité du génome en aval des protéines TET dans les cellules souches embryonnaires.

Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health (subventions R35 CA210043, R01 GM074215, NIH S10OD016262, NIH S10RR027366, AI125179 et bourses postdoctorales F32), le Pew Latin-American Fellows Program de The Pew Charitable Trusts, l’Institut de l’Université de Californie pour le Mexique et les États-Unis – Bourse du Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (UC MEXUS-CONACYT).

Cette recherche a utilisé les ressources de l’Advanced Light Source, qui est une installation utilisateur du DOE Office of Science sous le contrat no. DE-AC02-05CH11231. Le NovaSeq 6000 et le HiSeq 2500 ont été acquis dans le cadre du programme Shared Instrumentation Grant (SIG) (S10) ; NovaSeq 6000 S10OD025052 et HiSeq 2500 S10OD016262.