L'épissage coordonné des introns détenus (DI) régulés par PRMT5 crée une vulnérabilité exploitable dans le gliome malin

Actualité 635 du 14/09/2017

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L'épissage coordonné des intrants réglementés détenus dans les transcrits oncogènes crée une vulnérabilité exploitable dans le gliome malin

Résumé :

Le glioblastome (GBM) est une malignité dévastatrice avec peu d'options thérapeutiques. Nous identifions PRMT5 dans un glioblastome in vivo avec un petit ARN et nous montrons que l'nhibition de PRMT5 supprime puissamment, in vivo, les tumeurs de glioblastome y compris les xénogreffes dérivées du patient implantées chez la souris. L'analyse des voies implique l'épissage dans la dépendance cellulaire de PRMT5, et nous identifions un biomarqueur qui prédit la sensibilité à l'inhibition de PRMT5. Nous constatons que le déficit en PRMT5 perturbe principalement l'élimination des introns détenus (DI). L'épissage de DI affecte les gènes de prolifération, dont la régulation négative coïncide avec les défauts du cycle cellulaire, la sénescence et / ou l'apoptose. Nous montrons en outre que les programmes DI sont évolutivement conservés et fonctionnent pendant la neurogénèse, ce qui suggère qu'ils représentent un mécanisme de régulation physiologique. Collectivement, ces résultats révèlent un programme d'épissage DI régulé par PRMT5 comme une vulnérabilité de cancer exploitable.

Vocabulaire :

PRMT5
La PRMT5 est une Protéine arginine, la N-méthyltransférase 5, une enzyme qui, chez l'homme, est codée par le gène PRMT5 . Les PRMT5 symétriques diméthylates H2AR3, H4R3, H3R2 et H3R8 in vivo, sont toutes liées à une gamme d'événements régulateurs transcriptionnels. PRMT5 est une arginine méthyltransférase hautement conservée qui s'est déplacée du cytoplasme vers le noyau dans la période embryonnaire.

Introns
Un intron est une portion d'un gène qui est transcrite en ARN, au sein d'un ARN précurseur, et qui est ensuite éliminée par un processus d'excision programmé et qu'on ne retrouve donc pas dans l'ARN mature. On trouve principalement des introns dans les gènes codant des protéines, où ils sont présents dans le pré-ARN messager et excisés dans l'ARNm mature. Les introns sont donc des régions non-codantes. On trouve aussi des introns dans des gènes codant des ARN non-codants comme les ARN ribosomiques ou les ARN de transfert. Le processus d'excision des introns s'appelle l'épissage. Les segments d'ARN qui sont conservés après épissage des introns sont appelés des exons.

On trouve principalement des introns dans les gènes codant des protéines des organismes eucaryotes. Les gènes eucaryotes sont constitués d'une alternance d'exons et d'introns, commençant et terminant par un exon. Par exemple : Exon 1 - Intron 1 - Exon 2 - Intron 2 - … - Intron n-1 - Exon n. Après la transcription, l'ARN précurseur synthétisé va subir un certain nombre de modifications, dont l'épissage, au cours duquel les introns vont être excisés de l'ARN. Les exons vont quant à eux être suturés pour donner l'ARN mature par ce mécanisme d'épissage. On obtiendra donc un ARN de type Exon 1 - Exon 2 - Exon 3 - ... - Exon n

Epissage
Action de réunir et d'assembler (suture) deux cordages, deux câbles ou 2 fils électriques en les entrelaçant.

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Article de Presse
Les biologistes identifient une nouvelle stratégie possible pour arrêter les tumeurs cérébrales

La réduction d'un processus auquel les cellules cancéreuses dépendent peut les obliger à cesser de croître.

Les biologistes du MIT ont découvert un mécanisme fondamental qui aide les tumeurs cérébrales appelées glioblastomes à se développer de manière agressive. Après avoir bloqué ce mécanisme chez la souris, les chercheurs ont pu stopper la croissance de la tumeur. Les chercheurs ont également identifié un marqueur génétique qui pourrait être utilisé pour prédire quels patients bénéficieront probablement de ce type de traitement. Le glioblastome est généralement traité avec un rayonnement et le médicament chimiothérapeutique du temozolamide, ce qui peut prolonger la durée de vie des patients, mais dans la plupart des cas, ils ne proposent pas de remède. "Il existe très peu d'inhibiteurs spécifiques ou ciblés qui sont utilisés dans le traitement du cancer du cerveau. Il existe vraiment un besoin urgent de nouvelles thérapies et de nouvelles idées », explique Michael Hemann, professeur associé de biologie au MIT, membre de l'Institut Koch pour la recherche intégrative du cancer du MIT et auteur principal de l'étude. Les médicaments qui bloquent une protéine clé impliquée dans le processus nouvellement découvert existent déjà, et au moins un est en essais cliniques pour traiter le cancer. Cependant, la plupart de ces inhibiteurs ne traversent pas la barrière hémato-encéphalique, ce qui sépare le cerveau du sang circulant et empêche les grandes molécules d'entrer dans le cerveau. L'équipe MIT espère développer des médicaments qui peuvent traverser cette barrière, éventuellement en les conditionnant dans des nanoparticules. L' étude , qui apparaît dans Cancer Cell le 28 septembre, est une collaboration entre les laboratoires d'Hemann; Jacqueline Lees, directrice associée du Koch Institute et Virginia et DK Ludwig Professeur pour la recherche sur le cancer; et Phillip Sharp, professeur de l'Institut MIT et membre de l'Institut Koch. Les auteurs principaux du document sont l'ancien post-doctorat du MIT Christian Braun, le récent destinataire du doctorat Monica Stanciu et le chercheur Paul Boutz.

Trop d'épissage

Il y a plusieurs années, Stanciu et Braun ont eu l'idée d'utiliser un type d'écran connu sous le nom de shRNA pour rechercher des gènes impliqués dans le glioblastome. Ce test implique l'utilisation de brins courts d'ARN pour bloquer l'expression de gènes spécifiques. En utilisant cette approche, les chercheurs peuvent éteindre des milliers de gènes différents, un par cellule tumorale, puis mesurer les effets sur la survie cellulaire.L'un des meilleurs succès de cet écran était le gène d'une protéine appelée PRMT5. Lorsque ce gène a été éteint, les cellules tumorales ont cessé de croître. Des études antérieures avaient lié des niveaux élevés de PRMT5 au cancer, mais la protéine est une enzyme qui peut agir sur des centaines d'autres protéines, de sorte que les scientifiques ne savaient pas exactement comment cela stimulait la croissance des cellules cancéreuses. D'autres expériences dans lesquelles les chercheurs ont analysé d'autres gènes affectés lorsque PRMT5 a été inhibée les ont amenés à émettre l'hypothèse que PRMT5 utilisait un type spécial d'épissage de gènes pour stimuler la croissance tumorale. L'épissage des gènes est nécessaire pour éliminer des portions d'ARN messager connues sous le nom d'introns, qui ne sont pas nécessaires après que le gène a été copié dans l'ARNm. En 2015, Boutz et d'autres dans le laboratoire de Sharp ont découvert qu'environ 10 à 15 pour cent des brins d'ARNm humains possèdent toujours un à trois "introns détenus", même s'ils sont autrement mûrs. En raison de ces introns, ces molécules d'ARNm ne peuvent pas quitter le noyau. "Ce que nous pensons, c'est que ces brins sont essentiellement un réservoir d'ARNm. Vous avez ces isoformes improductives assises dans le noyau, et la seule chose qui les empêche de traduire est un intron ", explique Braun, qui est actuellement médecin-scientifique à l'Université Ludwig Maximilian de Munich. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que PRMT5 joue un rôle clé dans la régulation de ce type d'épissage. Ils spéculent que les cellules souches neurales utilisent des niveaux élevés de PRMT5 pour garantir une épissure efficace et donc une expression de gènes de prolifération. "À mesure que les cellules se déplacent vers leur état mature, les niveaux de PRMT5 diminuent, les niveaux d'intron retenus augmentent, et ces ARN messagers associés à la prolifération se bloquent dans le noyau", dit M. Lees. Lorsque les cellules du cerveau deviennent cancéreuses, les niveaux de PRMT5 sont généralement stimulés et l'épissage de l'ARNm associé à la prolifération est amélioré, aidant finalement les cellules à se développer de façon incontrôlable.

Prévoir le succès

Lorsque les chercheurs ont bloqué PRMT5 dans les cellules tumorales, ils ont constaté que les cellules ont cessé de se diviser et sont entrées dans un état dormant et non séparant. Les inhibiteurs de PRMT5 ont également mis un terme à la croissance des tumeurs de glioblastome implantées sous la peau de la souris, mais elles ne fonctionnaient pas aussi bien dans les tumeurs situées dans le cerveau, en raison des difficultés à traverser la barrière hémato-encéphalique. Contrairement à de nombreux traitements anticancéreux existants, les inhibiteurs de PRMT5 ne semblent pas causer d'effets secondaires majeurs. Les chercheurs croient que cela peut être dû au fait que les cellules matures ne sont pas aussi dépendantes que les cellules cancéreuses de la fonction PRMT5. Les résultats expliquent pourquoi les chercheurs ont déjà constaté que PRMT5 était une cible potentielle prometteuse pour le traitement du cancer, explique Omar Abdel-Wahab, membre adjoint du Programme d'oncologie humaine et de pathogénèse au Memorial Sloan Kettering Cancer Center, qui n'a pas participé à la étude. "Le PRMT5 a beaucoup de rôles, et jusqu'à maintenant, il n'a pas été clair quel est le cheminement important pour ses contributions au cancer", déclare Abdel-Wahab. "Ce qu'ils ont trouvé, c'est que l'une des principales contributions est dans ce mécanisme d'épissage d'ARN et, en outre, lorsque l'épissage d'ARN est perturbé, cette voie de clé est désactivée". Les chercheurs ont également découvert un biomarqueur qui pourrait aider à identifier les patients qui seraient les plus susceptibles de bénéficier d'un inhibiteur de PRMT5. Ce marqueur est un rapport de deux protéines qui agissent comme cofacteurs pour l'activité d'épissage de PRMT5 et révèle si PRMT5 dans ces cellules tumorales est impliqué dans l'épissage ou une autre fonction cellulaire. "Cela devient vraiment important lorsque vous pensez à des essais cliniques, car si 50% ou 25% de tumeurs ont une réponse et les autres ne l'ont pas fait, vous ne pourriez pas avoir l'intention de la cibler vers les patients qui peuvent avoir un problème particulier avantage. Le succès global du procès peut être endommagé par le manque de compréhension de qui va répondre ", dit Hemann.

L'équipe MIT examine maintenant le rôle potentiel de PRMT5 dans d'autres types de cancer, y compris les tumeurs pulmonaires. Ils espèrent également identifier d'autres gènes et protéines impliqués dans le processus d'épissage qu'ils ont découvert, ce qui pourrait également constituer de bonnes cibles de médicaments. Dirigé par des étudiants et des post-doctorants de plusieurs laboratoires différents, ce projet offre un excellent exemple de l'esprit de collaboration et de «l'esprit d'entreprise scientifique» trouvé au MIT et à l'Institut Koch, disent les chercheurs. "Je pense que c'est vraiment un exemple classique de la façon dont le MIT est une sorte de bas en haut", dit M. Lees. "Les étudiants et les post-doctorants s'inquiètent de différentes idées, et ils s'assoient sur les séminaires de chacun et entament des choses intéressantes et les rassemblent. C'est vraiment un exemple incroyable de la créativité que les jeunes du MIT ont. Ils sont sans peur. " La recherche a été financée par le Centre Ludwig pour l'Oncologie moléculaire au MIT, le Programme de recherche Frontier de l'Institut Koch par le biais du Fonds de recherche sur le cancer du marbre Kathy et Curt, des Instituts nationaux de la santé et de la Subvention Koch Institute (core) du National Cancer Institute