Epigenètica: La incidència i el pronòstic de molts tipus de càncer és significativament diferent en homes i en dones. Això s’atribueix habitualment a diferències en l’estil de vida, vinculades als rols de gènere, i a les diferències hormonals que alhora expliquen les característiques sexuals secundàries, comptant-hi a més les diferències sexuals primàries de l’aparell genitourinari. En humans, com en la resta de mamífers, la diferenciació sexual arrenca en l’embrió mitjançant un sistema de determinació cromosòmic de tipus “XX,XY”. Això vol dir que el sexe femení és el sexe homogamètic (XX) per als cromosomes sexuals, mentre que el sexe masculí és el sexe heterogamètic (XY). La major part del cromosoma Y, exclusiu doncs dels homes, no té seqüències homòlogues en el cromosoma X, i per això rep el nom de NRY (regió no-recombinant del cromosoma Y). És a NRY on trobem el gen SRY, responsable de desencadenar el programa de diferenciació masculí, i sense el qual s’activa el programa de diferenciació femení. En termes generals, però, la majoria de gens del cromosoma Y, en la majoria de teixits, es troben intensament reprimits en termes d’expressió gènica. Un grup d’investigadors encapçalat pel tècnic estatístic Alejandro Cáceres Domínguez, del Grup de Bioinformàtica en Epidemiologia Genètica de l’Institut de Salut Global de Barcelona (IS Global) hipotetitzà que aquesta regulació negativa de l’expressió gènica del cromosoma Y podria associar-se amb un augment del risc de càncer en homes. Aquesta hipòtesi serviria per explicar la connexió entre la pèrdua del cromosoma Y en certs llinatges cel·lulars i el risc que en aquests llinatges cel·lulars hi hagi processos de transformació tumoral. En un article al Journal of the National Cancer Institute, Cáceres et al. troben efectivament una associació. Els resultats també refermen la hipòtesi del rol supressor de tumors de la inactivació d’una de les còpies del cromosoma X que té lloc en les dones.
Cariotip humà masculí típic tenyit en Giemsa. En l’espècie humana hi ha 23 parells de cromosomes. En el gènere masculí, el parell de cromosomes sexuals és diferent, amb un cromosoma Y molt més curt que el cromosoma X. Diem que el gènere masculí és el gènere heterogamètic perquè un 50% dels espermatozoides rebran el cromosoma Y, i la resta el cromosoma X. El cromosoma Y s’hereta, doncs, de manera gairebé integra de pares i fills, i serveix en estudis genètics per reconstruir llinatges masculins
Regulació negativa extrema de l’expressió gènica del cromosoma Y i càncer
Alejandro Cáceres Domínguez és doctor en estatística d’ISGlobal, de Barcelona, i membre del Centro de Investigación Biomédica en Red en Epidemiología y Salud Pública (CIBERESP).
Aina Jené Cortada és tècnica de laboratori de l’Arxiu Genòmic-Fenòmic Europeu del Centre de Regulació Genòmica (CRG), de Barcelona.
Tõnu Esko és investigador del Genoomika Instituut de la Tartu Ülikool.
Luis Alberto Pérez Jurado és metge i investigador sobre les bases moleculars de malalties hereditàries. És membre de la Unitat de Genètica del Departament de Ciències Experimentals i de la Salut de la Universitat Pompeu Fabra, i investigador de l’Institut Hospital del Mar d’Investigacions Mèdiques (IMIM) i del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER). També treballa en el Women’s and Children’s Hospital, d’Adelaide, en el marc del South Australian Health and Medical Research Institute i de la University of Adelaide.
Juan Ramón González Ruiz és professor associat de recerca de l’IS Global, on dirigeix el Grup de Bioinformàtica en Epidemiologia Genètica (BRGE). També és professor adjunt del Departament de Matemàtiques de la Universitat Autònoma de Barcelona i membre del CIBERESP.
Cáceres i González són els autors corresponents amb el Journal of the National Cancer Institute, al que trameteren l’article d’aquesta recerca el 12 de juliol del 2019. Se’ls encomanà una revisió, que completaren el 4 d’octubre, i una segona, que completaren el dia 31. El 25 de novembre l’article fou acceptat per a la publicació, que es realitzà el 16 de gener.
El coneixement bàsic de les diferències biològiques entre els sexes pel que fa a la incidència i el pronòstic del càncer és una eina per aprofundir en noves estratègies personalitzades en la prevenció i tractament de neoplàsies. La diferència biològica més profunda rau en la diferent dotació cromosòmica, és a dir en els cromosomes sexuals, que es presenten en forma de l’homoparell XX en les dones i en l’heteroparell XY en els homes. El cromosoma Y, amb 59 milions de parells de nucleòtids, és molt més curt que el cromosoma X (153 milions de parells de nucleòtids). Només el 5% del cromosoma Y té homologia amb el cromosoma X. La resta del cromosoma Y no recombina doncs mai amb el cromosoma Y, de manera que aquesta regió no-recombinant del cromosoma Y, segueix una transmissió patrilineal pura (anàloga a la transmissió matrilineal pura de l’encara molt més petit cromosoma mitocondrial).
En els nuclis de les cèl·lules femenines, en general, un dels dos cromosomes X és inactivat i convertir en el corpuscle de Barr. D’aquesta manera, tant en les cèl·lules d’homes com de dones, tan sols hi ha una còpia funcional del cromosoma X. Pel que fa al cromosoma Y, el nombre de gens és molt limitat (vora uns 200), com també ho és la seva expressió gènica.
Hom anomena regulació negativa extrema de l’expressió dels gens del cromosoma Y (EDY, en l’acrònim anglès) a les situacions on el nivell de repressió és més fort de l’habitual. Encara més extrema seria la pèrdua directa del cromosoma Y (LOY, en l’acrònim anglès). La LOY es presenta en forma de mosaic en teixits humans, és a dir que una fracció de les cèl·lules ja no presenta el cromosoma Y en el seu genoma. Diversos estudis assenyalen una associació entre la LOY i el càncer.
Cáceres et al. suposen que l’EDY és darrera de la LOY. L’EDY en ella mateixa podria ésser un signe d’un major risc de càncer en homes. L’EDY, de fet, segons aquesta hipòtesi, seria el mediador funcional de l’associació entre la LOY i el càncer.
Mesurar la repressió gènica del cromosoma Y a partir de dades transcriptòmiques
En els estudis genòmics (basats en l’ADN) podem considerar el genoma com un tret individual de cada persona, bo i que hi ha diferències genòmiques entre les cèl·lules normals i les cèl·lules tumorals. Però en els estudis transcriptòmics (basats en l’ARN missatger) la cosa és més complexa, ja que el nivell de transcripció dels diferents gens varia d’acord amb el tipus cel·lular. Així doncs, mentre el Projecte del Genoma Humà es basà en l’ADN extret de mostres de sang d’un grapat de dones i mostres de semen d’un grapat d’homes, el Projecte GTEx (Genotype-Tissue Expression) partí de mostres de 54 teixits diferents d’un agregat de gairebé mil persones diferents. I si el resultat del genoma humà és una seqüència consens de 3.234 milions de parells de nucleòtids, el resultat d’un transcriptoma humà hauria de consistir en explicar les diferències quantitatives en l’expressió de més de 100.000 gens en els 54 teixits estudiats.
En aquest estudi, Cáceres et al. han desenvolupat un mètode per a l’estimació de l’EDY (la repressió gènica extrema del cromosoma Y) a partir de dades transcriptòmiques. Empren dades del projecte GTEx de 371 d’individus diferents, que abasten 47 tipus diferents de teixits sans.
Cáceres et al. associen aquestes dades transcriptòmiques amb dades d’estatus de càncer procedents del Cancer Genome Atlas (TCGA). El TCGA consisteix en la seqüència genòmica de 20.000 mostres de teixits normals i tumorals, que cobreixen 33 tipus diferents de tumors. A més de la informació genòmica, el TCGA també conté informació epigenòmica (canvis en modificacions de l’ADN que no n’afecten la seqüència), transcriptòmica (els nivells d’expressió d’ARNm de cada gen) i proteòmica (els nivells d’expressió de proteïnes), que en el 2018 ja suposaven 2,5 petabytes d’informació. Cáceres et al. empren dades del TCGA corresponents a 12 estudis oncològics (amb una mida mostral de 1.774). Addicionalment, també consideren uns altres 7 estudis oncològics (amb una mida mostral de 7.562).
A més d’estudiar les associacions entre l’EDY i l’estatus tumoral, Cáceres et al. també analitzaren la presència de mutacions que conduïssin a una pèrdua de funció de gens del cromosoma X. Estatísticament, les associacions eren comprovades amb models de regressió logística. També utilitzaren un test de Fisher per comprovar, en el conjunt del genoma, l’associació de l’EDY amb la proporció del guany de nombres de còpia.
El rol de la via de senyalització EGFR
La regulació negativa extrema de l’expressió de gens dels cromosoma Y (EDY) no és un tret patològic en ell mateix, sinó que Cáceres et al. la troben normalment en múltiples teixits sans.
Cáceres et al. troben una associació estatísticament significativa entre la presència d’EDY d’un teixit i la via de senyalització de la tirosin-cinasa EGFR. L’EGFR (també coneguda com a ErbB-1 o HER-1) és un receptor de membrana de nombrosos tipus cel·lulars, que els permet respondre al “factor de creixement epidèrmic” (EGF) i a altres ligands. L’EGFR és al capdamunt d’una via de senyalització que habitualment condueix a la replicació de l’ADN nuclear i a la progressió del cicle cel·lular. L’EGFR i altres membres de la via són oncogens, en el sentit que mutacions que en promouen la sobreexpressió, es troben associades a carcinomes. Al llarg dels anys, s’ha desenvolupat tot un ventall d’inhibidors de la via EGFR amb aplicacions com a fàrmacs antitumorals (gefitinib, erlotinib, afatinib, brigatinib, icotinib, cetuximab, osimertinib). Cáceres et al. remarques que la incidència d’EDY en un tipus tumoral s’associa amb la resistència del tumor a aquesta família de fàrmacs.
Esquema de la via de senyalització de l’EGFR, que participa en la proliferació de molts tipus cel·lulars
L’EDY també presenta una forta associació amb el risc de patir càncer en homes. L’augment del risc s’estima en un factor de 3,66, amb un interval de confiança entre 1,58 i 8,46, quan s’ajusten les dades per LOY i per edat. La variabilitat d’aquesta associació s’explicaria en bona part per diversos gens de la regió NRY. Homòlegs d’aquests gens en el cromosoma X presenten mutacions de pèrdua de funció que s’associen amb l’EDY en llinatges cel·lulars tumorals.
El gen EGFR es troba en la regió 55.02-55.21 del cromosoma 7. L’EDY s’associa amb una elevada proporció d’amplificació d’aquest gen, i també amb la seva sobre expressió.
El gen SRY es troba en la regió 2.79 del cromosoma Y (dins de l’NRY). L’EDY s’associa amb una hipometilació d’aquest gen. Paradoxalment, hi ha també una associació entre l’EDY i la hipermetilació de la regió no-combinant del cromosoma Y (NRY).
Cáceres et al. han comprovat que aquestes associacions es mantenen en diferents tipus de tumors. També es mantenen si hom separa dades procedents de fumadors i dades procedents de no-fumadors. Hom arriba a poder predir l’EDY d’acord amb patrons de metilació individuals.
Una signatura de susceptibilitat al càncer específica d’homes
Cáceres et al. consideren que la repressió gènica extrema del cromosoma Y seria una signatura específicament masculina de la susceptibilitat tumoral. És sabut que diversos gens supressors de tumors presents en el cromosoma X no pateixen la inactivació d’una de les dues còpies que normalment es produeix en els diferents llinatges cel·lulars de les dones. Hom suposa que el fet que les dones disposin, doncs, de dues còpies funcionals dins d’un mateix llinatge cel·lular de diferents gens supressors de tumors constitueix un mecanisme específic de les dones de protecció fisiològica davant de tumors (Dunford et al., 2017). Les dades de Cáceres et al. semblen corroborar aquesta hipòtesi. Més enllà de trobar una explicació transcriptòmica als biaixos de gènere de la incidència de tot un seguit de tipus de càncer, aquesta línia de recerca convida al desenvolupament d’eines diagnòstiques i de possibles dianes terapèutiques.
Lligams:
– Extreme down-regulation of chromosome Y and cancer risk in men. Alejandro Cáceres, Aina Jene, Tonu Esko, Luis A. Pérez-Jurado, Juan R. González. JNCI djz232 (2020).
