Cancro Ovarico: Quando il DNA Ereditato Incontra le Mutazioni Acquisite nei Punti Caldi

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di un argomento che mi affascina tantissimo e che riguarda una delle malattie ginecologiche più temibili: il cancro ovarico epiteliale (EOC). Sapete, la ricerca genetica su questo tumore si è spesso concentrata su due binari separati: da una parte le mutazioni che ereditiamo dai nostri genitori (germinali) e dall’altra quelle che accumuliamo nel corso della vita (somatiche). Ma cosa succede quando questi due mondi si incontrano?

Il DNA non mente, ma a volte si complica

Il cancro ovarico è un osso duro, spesso diagnosticato tardi a causa di sintomi vaghi, il che porta a una prognosi non proprio rosea. Anche dopo chirurgia e chemio, le ricadute sono frequenti, e il genoma delle cellule tumorali continua a cambiare. Capire l’architettura genetica specifica di questo cancro è fondamentale.

Abbiamo le varianti germinali, come quelle nei famosi geni BRCA1, che aumentano parecchio il rischio. Poi ci sono tante altre varianti comuni, scoperte con studi GWAS, che danno un piccolo contributo individuale al rischio, ma che sommate fanno la differenza. Molte di queste si trovano in regioni del DNA che non codificano per proteine, ma che funzionano come “interruttori” o “regolatori” (elementi regolatori).

Dall’altra parte, ci sono le mutazioni somatiche, che compaiono qua e là nel genoma col tempo. Se colpiscono geni importanti per la replicazione del DNA o la riparazione dei danni, possono dare un vantaggio di crescita alle cellule tumorali. Sappiamo che certi “schemi” di mutazioni (le firme mutazionali), come quelle legate all’età o a problemi nella riparazione del DNA (ricombinazione omologa), e anche le alterazioni nel numero di copie dei geni (Copy Number Alterations o CNAs), giocano un ruolo nella resistenza alla chemio.

E se il “destino” genetico incontrasse il “caso”?

Finora, dicevo, si è studiato molto separatamente. Ma ci sono indizi che suggeriscono un’interazione tra il nostro bagaglio genetico ereditato e le mutazioni acquisite. Ad esempio, nel cancro al seno, una variante germinale nel gene di riparazione RAD51B è associata a *meno* mutazioni somatiche totali. E recentemente, si è visto che il rischio poligenico ereditato (cioè il rischio combinato di tante piccole varianti) può essere associato a specifici profili di mutazioni somatiche.

Però, questi studi si sono concentrati soprattutto sulle regioni codificanti del DNA. Ma la maggior parte delle varianti germinali e somatiche cade proprio nelle zone non-codificanti! E come funzionino esattamente le mutazioni somatiche che capitano proprio nelle regioni già “segnate” da un rischio ereditato… beh, è ancora un mistero.

La nostra ipotesi: le mutazioni somatiche dirottano i controlli genetici

Ecco dove siamo entrati in gioco noi. Ci siamo chiesti: e se le mutazioni somatiche che avvengono all’interno delle regioni di suscettibilità germinale per il cancro ovarico agissero modificando l’attività degli elementi regolatori presenti in quelle zone, specialmente quelli attivi nelle cellule precursori dell’ovaio o nelle cellule tumorali stesse?

Abbiamo quindi usato approcci computazionali per studiare il paesaggio regolatorio ed epigenetico delle mutazioni somatiche proprio in queste 33 regioni di rischio germinale identificate per l’EOC. Un lavoraccio, ma affascinante!

Primo passo: geni ereditati e “firme” somatiche

Abbiamo iniziato esaminando se ci fosse un legame tra i geni candidati alla suscettibilità germinale (identificati con metodi come MultiXcan, MAGMA e chromMAGMA) e le firme mutazionali somatiche. Usando dati di espressione genica e le firme mutazionali da campioni di cancro ovarico (dal consorzio PCAWG e dal database COSMIC), abbiamo trovato delle associazioni significative!

In media, abbiamo identificato circa 54 geni di suscettibilità germinale associati a 12 firme di sostituzione di singola base (SBS), 39 geni associati a firme di piccole inserzioni/delezioni (ID) e 40 geni associati a firme di sostituzione di basi doppie (DBS). È interessante notare che i geni identificati con il metodo chromMAGMA (che tiene conto degli stati della cromatina) sembravano essere più spesso associati alle firme mutazionali rispetto agli altri metodi.

Le firme mutazionali coinvolte non erano casuali: includevano quelle legate a deficit nella riparazione del mismatch (MMR), deficit nella ricombinazione omologa (HRD), mutazioni legate all’età, effetti della chemio al platino, fattori ambientali e mutagenesi APOBEC – tutti fattori di rischio noti per il cancro ovarico! Tra i geni più frequentemente associati c’erano ACOXL, TBKBP1, HOXD11 e CPAMD8. TBKBP1 è implicato nella crescita tumorale e nell’immunosoppressione, mentre i geni HOX sono spesso disregolati nel cancro ovarico.

Secondo passo: dove colpiscono le mutazioni puntiformi?

La maggior parte delle mutazioni somatiche puntiformi (piccoli “errori di battitura” nel DNA) cade nel genoma non-codificante. Ci siamo chiesti: queste mutazioni, specialmente nelle regioni frequentemente mutate nel cancro ovarico, si trovano in zone regolatorie? E coincidono con le regioni che contengono le varianti germinali di rischio?

Usando uno strumento chiamato ActiveDriverWGS, abbiamo cercato regioni genomiche frequentemente mutate e le abbiamo caratterizzate. A livello dell’intero genoma, abbiamo visto che le regioni attive (siti ipersensibili alla DNasi), le regioni codificanti e quelle trascritte erano spesso mutate. Ma quando ci siamo concentrati sulle 33 regioni di rischio germinale per l’EOC, il quadro è cambiato. Non c’era un’unica annotazione funzionale arricchita in tutte le regioni. Piuttosto, enhancer (acceleratori genici), regioni fiancheggianti i promotori (interruttori di accensione) e marcature di cromatina attiva (H3K27ac) mostravano arricchimento nella maggior parte di queste zone di rischio. Ad esempio, nella regione 8q24.21, c’era un arricchimento di mutazioni nelle regioni codificanti, mentre in altre regioni erano più colpite le zone regolatorie come promotori o super-enhancer.

Abbiamo poi affinato l’analisi usando 7 stati della cromatina specifici per cellule precursori dell’ovaio o linee cellulari di cancro ovarico. E cosa abbiamo trovato? Che i promotori attivi e gli enhancer attivi specifici per il cancro ovarico avevano una percentuale più alta di regioni mutate somaticamente, specialmente all’interno delle nostre 33 zone di rischio! Ad esempio, nella regione 21q22.12, ben l’11.36% dei promotori attivi specifici era significativamente mutato.

Terzo passo: e le alterazioni più grandi (CNAs)?

Oltre alle mutazioni puntiformi, ci sono le CNAs, ovvero ampie regioni di DNA duplicate (amplificazioni) o perse (delezioni). Anche queste sono motori importanti nello sviluppo del cancro ovarico. Abbiamo mappato le CNAs significative (usando GISTIC) e le abbiamo annotate con gli stati della cromatina specifici per i diversi sottotipi (istotipi) di cancro ovarico.

A livello globale, abbiamo notato che gli enhancer “deboli” e le regioni trascritte erano più spesso sovrapposte alle CNAs, specialmente negli istotipi sieroso ad alto grado (HGSOC) e a cellule chiare (CCOC). Quando abbiamo incrociato queste CNAs con le nostre 33 regioni di rischio germinale, abbiamo visto che 16 di esse presentavano CNAs significative (più amplificazioni che delezioni). Ancora una volta, le regioni regolatorie come enhancer attivi, enhancer deboli e promotori attivi mostravano proprietà dipendenti dall’istotipo, suggerendo che queste grandi alterazioni colpiscono i “pannelli di controllo” genetico in modo specifico per ogni tipo di tumore all’interno delle zone di rischio ereditato.

Quarto passo: i guardiani interrotti (Fattori di Trascrizione)

Gli elementi regolatori funzionano perché delle proteine chiamate Fattori di Trascrizione (TF) si legano ad essi. Una disregolazione di questi siti di legame (TFBS) può portare a schemi di espressione genica aberranti, contribuendo al cancro. Abbiamo quindi indagato quali TFBS fossero frequentemente colpiti sia dalle varianti germinali “causali” (identificate nel nostro studio precedente) sia dalle mutazioni somatiche all’interno delle regioni regolatorie più mutate.

Abbiamo scoperto che i siti di legame di 202 TF unici erano significativamente interrotti dalle varianti germinali. I più frequenti erano REST, TP53, STAT1 e MAFK. Per le mutazioni somatiche, i TFBS più colpiti erano quelli per ZNF354C, KLF9, IRF7 e IRF9.

E la cosa più interessante? Incrociando le due liste, abbiamo trovato 23 TF i cui siti di legame erano frequentemente colpiti da ENTRAMBI i tipi di alterazioni (germinali e somatiche) all’interno di queste regioni regolatorie “calde”. Molti di questi TF sono noti per essere coinvolti nello sviluppo del cancro e nella differenziazione cellulare (come FOXL1, geni HOX, TWIST1), nella risposta immunitaria (come gli IRF) e nella metastasi (come FOXP3, KLF9). Questo suggerisce un meccanismo chiave: sia il rischio ereditato che le mutazioni acquisite convergono nel disturbare gli stessi “interruttori” molecolari!

Cosa ci portiamo a casa?

Questo studio, insomma, ci dice che è fondamentale smettere di pensare a germinale e somatico come a due mondi separati. Le mutazioni somatiche non avvengono nel vuoto, ma su uno sfondo genetico ereditato. E quando colpiscono proprio quelle regioni già associate a un rischio germinale, sembrano farlo in modo mirato, andando a interferire con gli elementi regolatori (enhancer, promotori) e i siti di legame per i TF, spesso in modo specifico per il tipo di cancro ovarico.

Questo ci dà una mappa funzionale molto più dettagliata di come il cancro ovarico si sviluppa e progredisce, evidenziando l’importanza di integrare dati genetici, trascrittomici ed epigenomici. Certo, ci sono limitazioni – abbiamo usato linee cellulari, la definizione delle regioni di rischio potrebbe essere ampliata – ma i risultati sono promettenti. Capire come queste interazioni funzionino a livello molecolare potrebbe aprire la strada a nuove strategie terapeutiche. La ricerca continua!

Fonte: Springer