Flexibilitatea mortală a cancerului, sau cum mediul presiunea din țesuturi alimentează invazia și rezistența la medicamente

Un studiu publicat recent în revista Nature, realizat de cercetători de la Harvard și colaboratori internaționali, explorează modul în care forțele mecanice din microambientul tumoral pot induce o tranziție stabilă a celulelor de melanom de la un fenotip proliferativ la unul invaziv. Această schimbare este mediată de reorganizarea arhitecturii citoscheletului, a cromatinei și de activarea proteinei HMGB2.
Melanomul este caracterizat printr-o plasticitate fenotipică marcantă, ceea ce înseamnă că celulele tumorale pot adopta stări transcripționale distincte fără modificări genetice suplimentare. Acest fenomen complică tratamentul, deoarece celulele pot deveni invazive și rezistente la terapie. Se cunoaște că tranziția între stările proliferative și invazive este controlată de factori de transcripție precum MITF, SOX9 și SOX10, dar mecanismele externe care declanșează această tranziție rămân incomplet elucidate.

Despre studiu

Autorii au utilizat un model transgenic de melanom la Danio rerio (pești-zebră) purtători ai mutației BRAF^V600E și au aplicat tehnici avansate de transcriptomică spațială și single-cell RNA-seq pentru a identifica o populație distinctă de celule numite celule de interfață, localizate la granița dintre tumoră și țesutul invadat. Aceste celule reprezentau 12,1% din totalul celulelor tumorale la pești și 12,3% în cohorta umană analizată (31 pacienți cu melanom netratat sau rezistent la imunoterapie).

Celule de interfață au prezentat:

• Scăderea expresiei genelor melanocitare precum MITF, TYRP1 și PMEL.
• Creșterea expresiei genelor neuronale: SOX11, NNAT, NEUROD1, NEFM.
• Activarea transcripțională a programelor de dezvoltare neuronală.

Pe baza morfologiei celulare și a transcripției, autorii au emis ipoteza că presiunea mecanică exercitată de microambient determină o reprogramare celulară stabilă.

Rezultate

Constrângerea mecanică induce o stare neuronală invazivă

Prin aplicarea unui sistem in vitro de constrângere mecanică a celulelor umane de melanom (linie A375), cercetătorii au demonstrat că:

• După 18 ore de constrângere, celulele și-au modificat dramatic transcriptomul.
• Genele asociate dezvoltării neuronale au fost puternic activate.
• Confinarea a determinat remodelarea citoscheletului microtubular, cu apariția unei rețele perinucleare bogate în tubulină acetilată.

Tubulina acetilată stabilizează nucleul sub stres mecanic

Rețeaua perinucleară de tubulină acetilată observată atât în celulele constrânse, cât și în melanomul invaziv de la pești și pacienți umani, a fost:

• Rezistentă la nocodazol.
• Dependentă de acetiltransferaza ATAT1.
• Capabilă să protejeze nucleul împotriva deformării și ruperii membranei nucleare.

HMGB2 este cheia reprogramării induse de forță

Constrângerea a dus la creșterea semnificativă a expresiei HMGB2, o proteină asociată cromatinei, implicată în remodelarea arhitecturii genomului. Această creștere a fost:

• Corelată cu elongarea nucleară (R = −0,474; P = 1,19 × 10⁻¹²).
• Confirmată prin imagistică și transcriptomică la pești și în celulele umane.
• Observată și în alte tipuri de cancer (pancreatic, vezical), sugerând un mecanism conservat.

HMGB2 crește accesibilitatea cromatinei la gene invazive

Prin tehnici de ATAC-seq și ChIP-seq, s-a demonstrat că HMGB2:

• Mărește accesibilitatea regiunilor promotore pentru gene neuronale și pro-invazive.
• Se leagă direct de promotori precum JUNB, FOSL1, NOTCH2 și BRN2.
• Activează expresia genelor precum UNC5D, DCC și SPP1.

Tranziția proliferativ–invazivă și rezistența la tratament

Confined melanoma cells:

• Au ieșit rapid din ciclu celular (testat cu senzorul FastFUCCI).
• Au fost mai rezistente la chimioterapie (Taxol).
• Au fost mai puțin sensibile la terapia combinată dabrafenib + trametinib în modele de șoarece.

Validare funcțională și implicații clinice

Knockout-ul HMGB2 în melanomul zebrafish a dus la:

• Cresterea proliferării tumorale (tumori aproape dublu mai mari la 10 săptămâni).
• Scăderea invazivității tumorale.

Concluzii

Acest studiu demonstrează că forțele mecanice exercitate de microambientul tumoral pot induce tranziția fenotipică a celulelor de melanom către un stat invaziv, prin reorganizarea citoscheletului, remodelarea cromatinei și activarea proteinei HMGB2. Aceste descoperiri oferă o explicație pentru persistența comportamentului invaziv chiar și în absența mutațiilor genetice și sugerează HMGB2 drept o posibilă țintă terapeutică în melanomul rezistent.