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Jun 08, 2024

Dérégulation épigénétique due au transit chromosomique dans les micronoyaux

Nature volume 619, pages 176-183 (2023)Citer cet article 31k Accès 2 citations 258 Détails des métriques Altmetric Cet article a été mis à jour Instabilité chromosomique (CIN) et altérations épigénétiques

Nature volume 619, pages 176-183 (2023)Citer cet article

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Cet article a été mis à jour

L'instabilité chromosomique (CIN) et les altérations épigénétiques sont des caractéristiques des cancers avancés et métastatiques1,2,3,4, mais on ne sait pas si elles sont liées mécaniquement. Nous montrons ici que la mauvaise ségrégation des chromosomes mitotiques, leur séquestration dans les micronoyaux5,6 et la rupture ultérieure de l'enveloppe micronucléaire7 perturbent profondément les modifications post-traductionnelles (PTM) normales des histones, un phénomène conservé chez l'homme et la souris, ainsi que dans le cancer et les maladies non-traductionnelles. cellules transformées. Certains des changements dans les PTM des histones se produisent en raison de la rupture de l'enveloppe micronucléaire, tandis que d'autres sont hérités d'anomalies mitotiques avant la formation du micronoyau. En utilisant des approches orthogonales, nous démontrons que les micronoyaux présentent des différences importantes dans l'accessibilité de la chromatine, avec un fort biais de position entre les promoteurs et les régions distales ou intergéniques, conformément aux redistributions observées des PTM d'histone. L'induction de CIN provoque une dérégulation épigénétique généralisée et les chromosomes qui transitent dans les micronoyaux présentent des anomalies héréditaires dans leur accessibilité longtemps après avoir été réincorporés dans le noyau primaire. Ainsi, en plus de modifier le nombre de copies génomiques, le CIN favorise la reprogrammation épigénétique et l’hétérogénéité du cancer.

La CIN stimule la progression tumorale, en partie par la génération d'une hétérogénéité du nombre de copies génomiques, qui sert de substrat à la sélection naturelle 2,4,8,9,10. La CIN est associée aux métastases11, à la résistance thérapeutique12 et à l'évasion immunitaire13,14, et résulte d'une mauvaise ségrégation des chromosomes au cours de la mitose15. Une caractéristique des cellules cancéreuses atteintes de CIN est la présence de chromosomes en retard en anaphase15. Les chromosomes mal agrégés se retrouvent fréquemment dans des micronoyaux, dont les enveloppes sont sujettes à la rupture, exposant leur contenu génomique au cytosol6,11,16,17. Les dommages généralisés à l’ADN résultant d’une telle rupture peuvent catalyser des anomalies génomiques, notamment des réarrangements chromosomiques complexes appelés chromothripsis18,19. Les chromosomes encapsulés dans les micronoyaux sont souvent réintégrés en totalité ou en partie dans le noyau primaire après la mitose et, en tant que tels, peuvent propager des anomalies génétiques acquises dans le micronoyau aux cellules filles18,19. Contrairement aux ramifications génomiques de la mauvaise ségrégation des chromosomes, on sait peu de choses sur les effets du transit chromosomique dans les micronoyaux sur l'intégrité du paysage épigénétique.

Pour déterminer les conséquences épigénétiques de la séquestration des chromosomes dans les micronoyaux, nous avons utilisé la microscopie à immunofluorescence pour évaluer l'état des histones canoniques PTM dans les cellules épithéliales mammaires humaines non transformées (MCF10A), les cellules épithéliales pigmentaires rétiniennes immortalisées par la télomérase (RPE-1), les cellules épithéliales pigmentaires rétiniennes immortalisées par la télomérase (RPE-1), cellules de cancer séreux de l'ovaire (HGSOC) (OVCAR-3) et cellules de cancer du sein triple négatif humaines et murines (MDA-MB-231 et 4T1, respectivement). Nous avons observé des différences substantielles dans la distribution des histones PTM en comparant les noyaux primaires et les micronoyaux. Les micronoyaux présentaient des réductions de la marque d'activation transcriptionnelle, l'acétylation de la lysine, au niveau de plusieurs résidus le long de la queue de l'histone H3 (H3K9ac, H3K27ac et, dans une moindre mesure, H3K14ac, qui n'était perdu que dans les cellules tumorales). De plus, les deux sites canoniques d'ubiquitination sur les histones, la mono-ubiquitination répressive de l'histone H2A (H2AK119ub) et la mono-ubiquitination spécifique du gène du corps de l'histone H2B (H2BK120ub), ont présenté des réductions substantielles, avec une perte presque complète de H2BK120ub ( Fig. 1a, b et données étendues Fig. 1a, b). Les modifications apportées aux modèles d'histone PTM dans les micronoyaux ont été remarquablement conservées parmi les cellules non transformées et dérivées du cancer, ainsi que entre les espèces, quel que soit le taux basal de formation de micronoyaux (Fig. 1b et Extended Data, Fig. 1b, c). Bien que certains événements importants de méthylation de la lysine sur l'histone H3 aient été préservés dans les micronoyaux, d'autres, tels que H3K9me3, H3K27me3 et H3K36me3, ont été enrichis (Extended Data Fig. 1d). Le traitement avec le vorinostat, inhibiteur de la pan-histone désacétylase (HDAC), a conduit à une restauration presque complète des signaux H3K9ac, H3K14ac et H3K27ac dans les micronoyaux, tandis que le traitement avec l'inhibiteur d'EZH2, GSK126, a entraîné une réduction de l'intensité de la coloration H3K27me3 (Fig. 1c et données étendues). Fig. 2a – e). Ces changements dans les PTM des histones indiquent un équilibre altéré des enzymes modifiant les histones, dont beaucoup se sont révélées absentes dans les micronoyaux (Extended Data Fig. 2f – h). De plus, nous avons observé une phosphorylation réduite de la sous-unité B1 de l'ARN polymérase II (RPB1) dans les micronoyaux par rapport aux noyaux primaires, suggérant une activité transcriptionnelle réduite (Extended Data Fig. 2i, j).