HDAC1 및 HDAC6은 IDH1 돌연변이 신경아교종의 성장을 촉진하는 데 필수적입니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 12433(2023) 이 기사 인용

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저등급 및 이차 고급 신경교종에는 DNA 구조를 조절하는 많은 염색질 조절 효소를 억제하여 종양 형성을 유도한다고 가정되는 IDH1 또는 IDH2 대사 효소의 돌연변이가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 히스톤 데아세틸라제 억제제는 유망한 항암제이며 이미 임상 시험에서 사용되었습니다. 그러나 이들의 메커니즘이나 유전자 표적에 대한 명확한 이해가 부족합니다. 이 연구에서 저자는 환자 유래 IDH1 돌연변이 배양물을 유전적으로 분석하여 어떤 HDAC 효소가 IDH1 돌연변이 신경교종의 성장을 촉진하는지 확인합니다. 환자 유래 신경교종 세포주 패널(IDH1 돌연변이 계통 2개, IDH1 야생형 계통 3개)에 대해 다양한 후성 유전 클래스의 후성 유전 변형 약물에 대한 약물 스크린을 실시했습니다. 유전자 발현 및 염색질 구조에 대한 LBH(panobinostat)의 효과를 환자 유래 IDH1 돌연변이 계통에서 테스트했습니다. 고도로 발현된 각각의 HDAC 효소의 역할은 렌티바이러스 RNA 간섭 녹다운 벡터와 교모세포종의 시험관 내 모델(HK252)의 환자 유래 IDH1 돌연변이를 사용하여 분자적으로 해부되었습니다. 이러한 결과는 생체 내 이종이식 모델(BT-142)에서 확인되었습니다. IDH1 돌연변이는 두 가지 별개의 IDH1 돌연변이 과발현 모델에서 유전자 하향 조절, DNA 과메틸화, DNA 접근성 증가 및 H3K27 저아세틸화를 유발합니다. 약물 화면에서는 히스톤 데아세틸라제 억제제(HDACi)와 파노비노스타트(LBH)가 IDH1 돌연변이 신경교종 계통의 성장을 억제하는 가장 선택적인 화합물로 보다 구체적으로 확인되었습니다. 11개의 주석이 달린 HDAC 효소(HDAC1-11) 중 6개만이 IDH1 돌연변이 신경교종 조직 샘플과 환자 유래 신경교종주(HDAC1-4, HDAC6 및 HDAC9)에서 발현됩니다. 렌티바이러스 녹다운 실험에서는 HDAC1과 HDAC6이 시험관 내 및 생체 내 성장에 가장 지속적으로 필수적이며 매우 다른 유전자 모듈을 표적으로 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 생체 내에서 HDAC1 또는 HDAC6의 녹다운은 더 국한된 덜 침습적인 종양을 초래했습니다. IDH1 돌연변이에 의해 유발된 유전자 조절 장애는 광범위하게 퍼져 있으며 직접적인 IDH1 억제에 의해서만 부분적으로 가역적입니다. 이 연구에서는 HDAC1과 HDAC6이 IDH1 돌연변이 신경교종의 성장과 침습에 필요한 중요하고 약물 표적화 가능한 효소임을 확인했습니다.

성인 저등급 신경교종에 대한 염기서열 분석 연구에서는 알파-케토글루타레이트를 온코메타볼라이트 2-하이드록시글루타레이트(2-HG)1로 환원시키는 새로운 효소 기능을 부여하는 IDH1 및 IDH2 대사 효소의 활성 부위에 점 돌연변이가 있음이 밝혀졌습니다. 많은 염색질 조절 효소(예: TET DNA 탈메틸화효소 및 JMJ 히스톤 탈메틸화효소)는 보조 인자로 알파-케토글루타레이트를 필요로 하며, 고농도에서 2-HG는 경쟁적 억제제로 작용하여 DNA 및 히스톤 과메틸화를 유발하여 광범위한 유전자 하향화를 초래할 수 있습니다. 규제2. 그 발견 이후, 대부분의 연구는 IDH1 및 IDH2 돌연변이가 TET2 및 DNA 과메틸화에 미치는 영향에 초점을 맞춰 히스톤에 대한 연구가 상대적으로 적게 이루어졌습니다3,4,5. TET2 및 IDH 돌연변이는 급성 골수성 백혈병(AML)에서 흔하고 상호 배타적이며, Tet2 및 IDH1 녹아웃 마우스는 둘 다 자발적으로 백혈병을 발병합니다7,8. 이는 AML의 경우 IDH1 돌연변이가 주로 TET2 기능의 억제를 통해 작용하고 있음을 시사합니다. 그러나 신경교종에서 IDH 돌연변이의 종양 형성 메커니즘은 덜 명확합니다. TET2 돌연변이는 신경교종에서 드물며 Tet2나 IDH1 녹아웃 마우스 모두 자발적으로 뇌종양을 생성하지 않습니다.

조직학적으로 유사한 소아 저등급 확산성 교뇌교종(DIPG)에 대한 서열 분석 연구에서 H3 히스톤 하위 단위(H3K27M)9,10,11에서 단일 라이신이 메티오닌으로 치환되는 것으로 나타났습니다. 정상적인 상황에서 H3K27 라이신은 아세틸화(H3K27ac) 또는 메틸화(H3K27me3)되어 각각 뉴클레오솜이 열리거나 닫힐 수 있습니다11,12. 마우스 모델은 H3K27M 돌연변이가 히스톤 아세틸화를 증가시키고 유전자 발현을 증가시키는 것으로 나타났습니다9,10. 흥미롭게도, 이 연구에서는 H3K27 아세틸화 수준이 알파-케토글루타레이트의 세포내 농도와 상관관계가 있다는 사실도 보여 알파-케토글루타레이트 고갈을 유발하는 IDH1/2 돌연변이가 상응하는 H3K27 탈아세틸화를 초래할 수 있다는 가설을 이끌어 냈습니다13.

2 fold changed) genes from each of the drug treatment data sets was assigned to one of the following sub-groups: (1) unique to one of the HDAC knockdown sets, (2) “non-unique” i.e. shared by more than one HDAC knock-down gene set, or (3) “unaccounted” if the gene was not found in any of the HDAC knock-down sets). (D) RNA-seq datasets from each knockdown as well as drug treatment samples (1 mM VPA, and 15 nM LBH) underwent PCA analysis (HK252)./p>

200 nucleotides) was purified from cells using the Quick-RNA MiniPrep Plus Kit (Zymo Research, #R1057). The quality control check on RNA-seq reads was performed with FastQC v0.11.7. Adapter sequences and bad quality segments were trimmed using Trim Galore! v0.4.2 and cutadapt v1.9.1. The trimmed reads were aligned to the reference human genome version GRCh38/hg38 with the program STAR v2.6.1e. Duplicate aligned reads were removed using the program sambamba v0.6.8. Gene-level expression was assessed by counting features for each gene, as defined in the NCBI's RefSeq database. Read counting was done with the program featureCounts v1.6.2 from the Rsubread package. Raw counts were normalized with respect to library size and transformed to log2 scale using rlog() function in R package DESeq2 v1.26.0./p>