Generación de un modelo de silenciamiento del gen HDAC1

Abstract

[ES] En las últimas décadas se han aportado múltiples evidencias que demuestran que el cáncer no es sólo una enfermedad de carácter genético, sino que los mecanismos epigenéticos también son esenciales para regular diversos aspectos de la biología de este conjunto de enfermedades. De hecho, en el último año, la reprogramación epigenética no mutacional se ha establecido como un nuevo hallmark del cáncer. En este contexto, un aspecto esencial es la remodelación de la cromatina, que se produce principalmente por modificaciones covalentes de las histonas, como la metilación o la acetilación. La acetilación es un proceso reversible controlado por las histonas acetiltransferasas (HATs) y las histonas deacetilasas (HDACs). Además, diversos estudios han relacionado alteraciones en el proceso de acetilación, junto con una sobreexpresión de las HDACs, con el desarrollo y la progresión del cáncer. Por ello, los moduladores epigenéticos constituyen una diana muy investigada para el desarrollo de fármacos. Un ejemplo son los inhibidores de las HDACs (iHDACs), que han demostrado ser efectivos para el tratamiento de numerosos tipos de cáncer. Sin embargo, presentan ciertas limitaciones, entre las que se encuentra su limitada eficacia en tumores sólidos así como efectos adversos severos y perfiles tóxicos. En este sentido, el estudio de los cambios en la señalización celular directamente relacionados con variaciones en la actividad de distintas HDACs podría ayudar a comprender mejor los mecanismos de acción de este tipo de tratamientos y a la identificación de nuevas potenciales dianas terapéuticas.

El objetivo principal planteado en este trabajo ha sido el estudio de posibles rutas de señalización reguladas por HDAC1 en cáncer. Para ello, se generó un modelo de silenciamiento de dicho gen mediante infección lentiviral para poder analizar el efecto de la inhibición de HDAC1 sobre reguladores oncogénicos celulares, entre los que destaca PTEN por su papel como supresor tumoral.

Tras la infección, se validó el efecto del silenciamiento sobre los niveles de ARNm y proteína con el fin de confirmar una disminución significativa de los niveles de HDAC1 en el modelo generado. Este modelo ha permitido determinar que el efecto del silenciamiento de HDAC1 sobre PTEN no se produce a nivel transcripcional, sino a nivel postraduccional. Los resultados obtenidos sugieren que la diferencia observada en los niveles de proteína de PTEN tras el silenciamiento podrían estar provocados por una alteración sobre alguna modificación postraduccional, específicamente con la regulación de la acetilación por HDAC1. Con el objetivo de confirmar esta hipótesis, se evaluó si se producía un aumento de los niveles totales de acetilación tras el silenciamiento de HDAC1. Los resultados mostraron que, a nivel celular, el silenciamiento de HDAC1 provoca un aumento en los niveles de acetilación total. Serán necesarios futuros experimentos para poder determinar si los cambios en los niveles de PTEN son debidos a diferencias en la acetilación de PTEN y, en todo caso, si esos cambios en los niveles de acetilación pueden afectar a la actividad, localización subcelular y/o estabilidad de la proteína.

Este trabajo se relaciona con los siguientes ODS de la Agenda 2030: ODS 3. Salud y Bienestar.

[EN] In the last decades, considerable evidence has been shown that cancer is not only a genetic disease but that epigenetic mechanisms are also essential to regulate many characteristics of the biology of this set of diseases. In fact, last year, non-mutational epigenetic reprogramming established itself as a new hallmark of cancer. In this context, a key aspect is chromatin remodeling, which occurs mainly by covalent modifications of histones, such as methylation or acetylation. Acetylation is a reversible process controlled by histones acetyltransferases (HATs) and histones deacetylases (HDACs). Besides, several studies have linked alterations in the acetylation process, alongside an overexpression of HDACs, to the development and progression of cancer. Therefore, epigenetic modulators are a highly investigated target for drug development. One example is HDAC inhibitors (HDACi), which have been shown to be effective in treating numerous types of cancer. Nonetheless, they have certain limitations, including limited efficacy against solid tumors and severe adverse effects and toxic profiles. In this regard, studying changes in cell signaling directly related to variations in the activity of different HDACs could help better understand the mechanisms of action of this type of treatment and identify new potential therapeutic targets.

The main aim of this work has been the study of possible signaling pathways regulated by HDAC1 in cancer. For this purpose, a silencing model of this gene was generated by lentiviral infection to analyze the effect of HDAC1 inhibition on cellular oncogenic regulators, among which PTEN stands out for its role as a tumor suppressor.

After the infection, the effect of silencing on mRNA and protein levels was validated to confirm a significant decrease in HDAC1 levels in the generated model. This model has allowed us to determine that the effect of HDAC1 silencing on PTEN does not occur at a transcriptional level but at the posttranslational level. These results suggest that the difference in PTEN protein levels after silencing could be caused by an alteration in some posttranslational modification, specifically with the regulation of acetylation by HDAC1. In order to confirm this hypothesis, we evaluated whether there was an increase in total acetylation levels after HDAC1 silencing. The results showed that, at the cellular level, HDAC1 silencing causes an increase in total acetylation levels. Further experiments will be necessary to determine whether the changes in PTEN levels are due to differences in PTEN acetylation and, if so, whether these changes in acetylation levels can affect the protein¿s activity, subcellular localization, and stability.

This work relates to the 2030 Agenda¿s SDG 3: good health and well-being.