Aldehids naturals i inestabilitat genòmica: un mecanisme d’acció a través l’antioncogen BRCA2

El gen BRCA2 és caracteritzat com un gen supressor de tumors. Les mutacions que resten funcionalitat a aquests gens contribueixen a la transformació tumoral. En el nostre genoma, diploide, cada gen es troba en dues còpies, la còpia d’herència materna i la còpia d’herència paterna. Per tal que un gen supressor de tumors perdi la funcionalitat caldria que totes dues còpies fossin danyades. Aquest no és el cas del gen BRCA2. La mutació en una sola de les dues còpies del gen BRCA2 ja augmenta notablement la susceptibilitat tumoral. Hom parla en aquest cas d’haploinsuficiència, en el sentit que una còpia simple (haploide) del gen és insuficient per a la funcionalitat. Una recerca coordinada per Ashok R. Venkitaraman atribueix a aldehids naturals l’haploinsuficiència del gen BRCA2 i la consegüent inestabilitat genòmica en cèl·lules on una de les dues còpies d’aquest gen es troba danyada.

Una recerca en línies cel·lulars heterocigotes per a BRCA2

Aquesta recerca fou concebuda per Shawn Lu Wen Tan i Ashok R. Venkitaraman, d’un dels grups de recerca de la MRC Cancer Unit de la Universitat de Cambridge. La part experimental la realitzà Shawn Lu Wen Tan. Saakshi Chadha creà les línies cel·lulars heterocigotes per a BRCA2 emprades en els experiments. Els experiments d’espectrometria de masses (SWATH-MS) foren a càrrec de Yansheng Lu i Ruedi Aebersold, amb anàlisi posterior compartida també amb Evelina Gabasova. Després d’una primera fase experimental i enviar l’estudi a publicació, els revisors proposaren una sèrie de qüestions que conduïren a una altra ronda experimental, en la que participaren David Perera, Karim Ahmed, Stephanie Constantinou, Xavier Renaudin i MiYoung Lee.

El gen BRCA2 fou originàriament descrit com un dels gens implicats en casos familiars d’alta incidència de tumors mamaris. Les persones que han heretat una mutació en una de les dues còpies d’aquest gen presenten un major predisposició a desenvolupar tumors de mama, ovari, pàncrees,
pròstata i altres òrgans. La proteïna BRCA2, de 3418 aminoàcids, és una proteïna que es localitza en l’interior del nucli cel·lular. Aquesta proteïna és essencial per al manteniment de la integritat cromosòmica, ja que participa en funcions de reparació d’ADN, estabilització de les forquilles de replicació i en la divisió mitòtica.

L’haplosuficiència de BRCA2 es manifesta en el fet que cal mutacions que afectin tots dos al·lels perquè apareguin aberracions en l’estructura cromosòmica o un augment a la sensibilitat a agens genotòxics. Ratolins heterocigots per a al·lels defectius de BRCA2 es desenvolupen de manera normal amb una sola còpia funcional de BRCA2. Tanmateix, l’haplosuficiència no és pas total, i els portadors heterocigots de mutacions de BRCA2 tenen, com s’ha dit, una major exposició a la carcinogènesi.

Com s’explica aquesta haploinsuficiència parcial? La majoria de mutacions de BRCA2 associades a risc de càncer són mutacions que condueixen a la disrupció de la seqüència proteica, tal com s’esdevé en les mutacions 6174delT, 3036del4, 7691insAT o 9900insA. En aquest casos, la còpia alterada no afecta la funcionalitat de la còpia funcional.

El grup de Venkitaraman proposa que el mecanisme que explicaria l’haploinsuficiència de BRCA2 seria mediat per concentracions intracel·lulars de formaldehid i acetaldehid. Aquestes substàncies poden arribar a l’organisme com a contaminants d’origen exterior, però també són producte del metabolisme endogen. L’acetaldehid és producte del catabolisme de l’etanol (i responsable d’una bona part dels efectes nocius de la intoxicació etílica). El formaldehid també pot generar-se endògenament per processos de desmetilació oxidativa.

Els aldehids intracel·lulars fomenten la depleció de proteïna BRCA2 en estimular la degradació per proteasomes. En les cèl·lules amb una sola còpia funcional de BRCA2, això condueix a la inestabilitat genòmica. Sense la BRCA2, la replicació d’ADN queda afectada, es formen híbrids d’ARN-ADN i apareixen aberracions cromosòmiques.

Com el formaldehid afecta la replicació de l’ADN

És sobretot com a toxina d’origen ambiental que s’expliquen els valors habituals de formaldehid en sang humana de 0,05-0,1 mmols/L. El formaldehid és molt reactiu i forma adductes amb proteïnes i àcids nucleics. Ja per ell mateix té efectes en l’ADN. Els experiments de Shawn Lu Wen Tan et al. sobre cel·lules HeLa Kyoto exposades a formaldehid durant 2 hores permeten seguir què s’esdevé amb la síntesi d’ADN (emprant EdU com a marcador i PCNA com a marcador de fase S)

El formaldehid interromp la replicació d’ADN i fomenta l’aparició de trencaments en l’ADN de cèl·lules en divisió

Cèl·lules HeLa Kyoto amb una sola còpia funcional de BRCA2

Saakshi Chadha ha desenvolupat línies HeLa Kyoto que han incorporat, mitjançant CRISPR/Cas9, les mutacions 6174delT o 3036del4 en heterocigosi. En aquestes cel·lules, l’expressió de proteïna BRCA2 cau a la meitat, però altrament proliferen normalment i mantenen la mateixa sensibilitat a radiacions ionitzants.

Aquestes cel·lules, però, resulten especialment susceptibles al formaldehid. Una exposició a 0,08 mmol/L durant tres hores és suficient per retardar la replicació de l’ADN.

Aquesta major susceptibilitat al formaldehid es relaciona amb la depleció selectiva de BRCA2. Sense la BRCA2, la homeostasi en la forquilla de replicació de l’ADN es veu alterada: augmenta l’acció de l’endonucleasa MRE11. Shawn Lu Wen Tan comproven aquest rol amb l’ús de Mirin, un inhibidor de la MRE11.

La depleció selectiva de BRCA2 pel formaldehid tindria un càracter transitori i es produiria en diferents tipus cel·lulars. Altres genotoxines no tenen pas el mateix efecte que el formaldehid sobre la BRCA2. La depleció és deguda a l’acció del proteasoma 20S, com mostra el fet que l’efecte del formaldehid és inhibit per la velcada, l’epoxomicina o l’MG132. La degradació de BRCA2 afecta als tres compartiments on es troba aquesta proteïna: 1) la fracció nuclear soluble (on té la major presència); 2) la fracció nuclear unida a cromatina; 3) la fracció extranuclear citosòlica.

La degradació proteica selectiva induïda pel formaldehid afecta, és clar, no tan sols a BRCA2, però és significatiu que no afecti proteïnes amb funcions similars (BRCA1, RAD51, PALB2, XRCC3, FANCI, FANCD2). Les dades d’espectrometria de masses, indiquen que hi hauria vora 35 proteïnes afectades pel formaldehid, entre les quals hi hauria, a més del BRCA2, TXNL1 o JAK1.

Una reflexió sobre salut pública

Els autors són conscients de l’impacte que té aquest estudi en l’opinió pública. El formaldehid i l’acetaldehid són contaminants ben difosos, especialment en ambients urbans, com a producte del fum de tabac, de cigarretes electròniques, de la combustió d’automòbils, de certs materials de construcció, de cosmètics, etc. A banda dels mecanismes generals de toxicitat, la depleció selectiva de proteïnes per un mecanisme que encara caldrà investigar, introdueix un nou element de consideració, particularment per la rellevància del BRCA2 com a proteïna supressora de tumors.

Lligams:

A Class of Environmental and Endogenous Toxins Induces BRCA2 Haploinsuficiency and Genome Stability. Shawn Lu Wen Tan, Saakshi Chadha, Yansheng Lu, Evelina Gabasova, David Perera, Karim Ahmed, Stephanie Constantinou, Xavier Renaudin, MiYoung Lee, Ruedi Aebersold, Ashok R. Venkitaraman. Cell 169, p.1105-1118.e15 (2017).



Aquesta entrada ha esta publicada en 3. La Vida. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *