La stabilité de l’ARN pourrait jouer un rôle dans le cancer de la prostate

Des mutations dans une région génétique qui régule la stabilité de l’ARN pourraient influencer les résultats du cancer de la prostate et la résistance aux médicaments, selon nouveau travail des scientifiques du Fred Hutchinson Cancer Center publié aujourd’hui dans Cell Reports.

“Le point à retenir est que le cycle de vie d’un ARN est vraiment important pour le cancer de la prostate – et il est fonctionnellement associé aux résultats des patients”, a déclaré Andrew Hsieh, MD, expert en cancer de la prostate Fred Hutch, auteur principal de l’étude.

L’équipe a développé de nouvelles techniques innovantes pour tester si des mutations associées au cancer dans une région peu étudiée et encore mystérieuse de l’ARN pouvaient affecter la production de protéines et la fonction cellulaire.

Samantha Schuster, PhD, alors qu’elle était étudiante diplômée dans le laboratoire de Hsieh, a développé deux méthodes complémentaires qui lui ont permis d’évaluer l’importance de milliers de mutations associées au cancer qui se cachent dans l’ADN de tumeurs avancées de la prostate. Son travail suggère que les mutations dans cette région génétique clé peuvent affecter l’ARN de manière à aider les cellules cancéreuses à se développer et à résister aux traitements médicamenteux.

Alors que les scientifiques s’efforcent d’ajouter à notre arsenal de stratégies d’oncologie de précision et de traitements contre le cancer sur mesure, Schuster et Hsieh espèrent que l’étude les encouragera à réfléchir de manière plus approfondie aux mutations susceptibles de contribuer au cancer et à la recherche de futures cibles thérapeutiques.

“Ce que nos découvertes disent, c’est que ce domaine est important – regardez ici”, a déclaré Schuster.

L’ARN : un lien essentiel entre gène et protéine

Les vaccins à base d’ARN COVID-19 ont introduit l’ARN messager, les molécules intermédiaires qui permettent à nos cellules de transformer les informations contenues dans l’ADN en protéines, à un public mondial.

Les protéines exécutent les processus biologiques de nos cellules et les instructions pour les construire sont intégrées dans notre ADN. Pour construire des protéines, nos cellules copient ou transcrivent ces informations dans de nombreuses molécules de messagers ou d’ARNm, qui les transportent vers des machines moléculaires de fabrication de protéines qui les traduisent en chaînes d’acides aminés.

De nombreux facteurs régulent le nombre de protéines produites après l’activation d’un gène.

“Une chose importante à comprendre est que chacune de ces étapes n’est pas une voie linéaire”, a déclaré Schuster. «Il y a tellement d’autres étapes réglementaires étranges qui peuvent exister. … Et n’importe lequel de ceux-ci peut gâcher les protéines, ce qui peut conduire au cancer.

Combien d’ARNm sont fabriqués, combien de temps ils durent et combien de protéines sont produites à partir de chaque copie – tous jouent un rôle, et une grande partie de cela est régulée par les ARNm eux-mêmes.

Elle se concentre sur une section de l’ARN qui ne code pas les informations sur les protéines, mais aide plutôt à réguler la synthèse des protéines et la durée pendant laquelle un ARN reste avant qu’il ne se décompose. C’est l’un des segments connus sous le nom de région non traduite, ou UTR, à chaque extrémité d’un ARNm. À une extrémité se trouve le 5′ (ou 5-prime) UTR, et à l’autre se trouve le 3’UTR. (L’ARN est composé de bases d’acide ribonucléique, qui sont essentiellement des anneaux de cinq atomes de carbone. Les atomes de carbone sont marqués de 1 à 5 et les bases se lient en utilisant les carbones 5 et 3 à un groupe phosphate partagé. À une extrémité de l’ARN brin le carbone 5 n’est pas attaché, et à l’autre extrémité, c’est le carbone 3 qui est libre.)

Les UTR peuvent également être mutés, ce qui pourrait modifier les niveaux de protéines même si les protéines produites sont normales. Une croissance excessive est une caractéristique d’un cancer. Trop d’une protéine stimulant la croissance, ou trop peu d’une protéine limitant la croissance, pourrait rendre les cellules cancéreuses ou le rester.

L’équipe de Hsieh a déjà montré que les mutations associées au cancer de la prostate dans le 5’UTR jouent probablement un rôle important dans le cancer de la prostate. Cela a laissé un point d’interrogation sur l’autre UTR de l’ARNm.

“Beaucoup d’attention a été accordée à quelques mutations individuelles dans le 3’UTR, mais peu d’attention a été accordée au 3’UTR lui-même. C’est un angle mort », a déclaré Schuster.

C’est aussi un casse-tête technique. Comme l’ADN, l’ARN est composé de nucléotides (également appelés bases). Les deux UTR peuvent varier dans leur nombre de bases, mais le 5’UTR culmine à environ 1600. Le 3’UTR peut être trois fois plus long – trop long même pour nos technologies de séquençage les plus avancées en une seule étape.

Pour étudier les effets de milliers de mutations 3’UTR associées au cancer de la prostate, Schuster devait développer des techniques qui s’attaquent aux longs 3’UTR de manière multiplexée. Elle a soigneusement adapté ce que l’on appelle un essai de rapporteur massivement parallèle, ou MPRA, pour surmonter le défi des longs 3’UTR et examiner leurs deux rôles principaux. Une MPRA lui permet d’examiner comment les mutations affectent l’efficacité de la traduction (la vitesse à laquelle les protéines sont produites à partir d’un ARNm), tandis que la seconde technique MPRA évalue la dégradation et la stabilité de l’ARN.

“Son objectif était d’arriver à ‘Quelle est l’action de ces [mutations] sur la cellule?’ Et cela n’a pas été fait », a déclaré Hsieh. “C’est un témoignage de son courage scientifique.”

Les mutations 3’UTR associées au cancer peuvent favoriser la croissance et la résistance aux médicaments

Schuster a appliqué ses méthodes à plus de 14 000 mutations 3 ‘UTR trouvées dans 185 tumeurs avancées de la prostate qui se sont propagées et ont développé une résistance aux traitements bloquant les androgènes, également connus sous le nom de cancer de la prostate métastatique résistant à la castration. Elle a examiné les mutations présentes dans les tumeurs mais pas dans des échantillons appariés de tissus sains. Les échantillons provenaient de 79 patients qui avaient fait don de tissus au programme de nécropsie d’acquisition de tissus de l’Université de Washington; 101 patients qui avaient fait un don au projet Stand Up to Cancer West Coast Dream Team ; et cinq modèles de xénogreffes dérivés de patients (dans lesquels du tissu tumoral prélevé sur des patients est cultivé chez des souris).

Lorsqu’elle a appliqué son approche MPRA aux 14 000 mutations 3’UTR, Schuster a vu que beaucoup altéraient l’efficacité de la traduction. Les mutations fonctionnelles dans les gènes pro-cancer ont généralement amélioré la production de protéines – jusqu’à 16 fois. Ceux des gènes anticancéreux réduisaient généralement l’efficacité de la traduction, même jusqu’à trois fois, ce qui conduirait à des niveaux inférieurs d’une protéine potentiellement anticancéreuse.

Lorsqu’elle a évalué la stabilité de l’ARN, Schuster a découvert que 150 mutations 3’UTR basées sur des patients, dont beaucoup dans des gènes connus pour favoriser le cancer, modifiaient la stabilité de l’ARN. La plupart se sont produits dans des gènes qui peuvent aider le cancer de la prostate à passer à un type neuroendocrinien, qui peut survenir lorsque les tumeurs évoluent pour échapper aux thérapies bloquant les hormones.

Schuster a utilisé CRISPR pour introduire deux des mutations 3’UTR qui ont eu les effets les plus importants sur la production de protéines dans l’ADN afin de tester si elles affectent également la fonction cellulaire. Au moins un, dans un gène de la protéine ZWILCH, qui joue un rôle important dans la division cellulaire, pourrait aider les cellules tumorales à surmonter l’exposition au cisplatine. Le cisplatine est une chimiothérapie qui endommage l’ADN et bloque la division cellulaire juste au point où ZWILCH est le plus important.

“C’est la première fois que quelqu’un a montré qu’une mutation basée sur le patient dans le 3’UTR peut activer la résistance aux médicaments”, a déclaré Hsieh.

L’autre mutation testée par Schuster a aidé les cellules à se développer malgré des conditions stressantes et pauvres en nutriments, similaires à celles que l’on trouve souvent dans les tumeurs.

Lorsque les hommes avaient ces mutations dans leurs tumeurs, les tumeurs devenaient résistantes aux traitements hormono-bloquants plus rapidement, se propageaient plus rapidement dans le corps et avaient des temps de survie plus courts.

Suivant : approfondir la biologie de l’ARN, le cancer

En plus de démontrer que les mutations 3’UTR pourraient avoir des effets potentiellement cancérigènes sur les gènes, les découvertes de Schuster suggèrent que les mutations dans les 3’UTR pourraient en apprendre davantage aux chercheurs sur la façon dont la séquence et la forme de l’ARN influencent son fonctionnement et sa régulation. Plus de 75% des mutations 3’UTR qui ont affecté l’efficacité de la traduction ont modifié les séquences que d’autres molécules utilisent pour interagir avec l’ARN.

Surtout, bon nombre des mutations n’affectent pas seulement la séquence d’ARN – elles affectent sa forme, a déclaré Schuster. L’ARN est un simple brin de bases qui peut se replier sur lui-même et former des formes complexes et dynamiques, qui influencent la façon dont il interagit avec les protéines régulatrices de l’ARN et l’appareil de synthèse des protéines.

«Ces zones sont essentiellement des poignées moléculaires pour les protéines ou d’autres ARN. Et ce sont ces interactions qui permettent aux ARN de persister ou de se dégrader », a déclaré Hsieh. “Et en étudiant comment les mutations associées au cancer affectent cela, nous pouvons avoir une meilleure idée de ce qui est important.”

Lui et son équipe sont très intéressés à comprendre comment fonctionnent les interactions entre les protéines et l’ARN et comment les perturber – une étape vers le développement de traitements susceptibles de les cibler.

Hsieh espère également mieux comprendre comment l’ARN interagit avec l’ARN, car les 3′ et 5’UTR interagissent également les uns avec les autres de manière potentiellement importante. Et bien que les ARN messagers soient les plus connus, il existe de nombreux autres types d’ARN dans les cellules, et certains se lient aux 3’UTR et les régulent.

Une autre étape future consistera à examiner la génétique des 3’UTR dans des cellules individuelles, a déclaré Hsieh. Il soupçonne que des mutations dans les 3’UTR peuvent aider les cellules cancéreuses individuelles à réussir dans l’environnement changeant d’une tumeur, ouvrant de nouvelles voies d’évolution qui peuvent induire une résistance aux médicaments ou les aider à se développer dans des conditions moins qu’optimales. Ils constituent une partie importante du paysage mutationnel des cancers de la prostate – et peut-être aussi d’autres types de tumeurs.

« Le paysage n’est pas quelque chose de statique. Les effets fonctionnels [of mutations] créer de nouveaux contours. C’est la fonctionnalité du paysage qui crée l’écosystème tumoral », a déclaré Hsieh. « Il s’agit du premier article à examiner l’ensemble du spectre du cancer de la prostate. Et à cause de cela, je pense que nous avons un bon aperçu du fonctionnement réel de ces mutations.