Come la cromatina telomerica controlla quale via di sopravvivenza scelgono le cellule tumorali

Ogni divisione cellulare accorcia i telomeri a causa del problema della replicazione delle estremità. Le cellule tumorali devono quindi adottare un meccanismo di mantenimento dei telomeri per continuare a dividersi. Circa l'80% riattiva la telomerasi. La maggior parte del restante ~20% utilizza l'allungamento alternativo dei telomeri (ALT), un processo di replicazione indotta da rottura (BIR) particolarmente frequente nei gliomi, nei tumori neuroendocrini del pancreas, negli osteosarcomi e nei sarcomi dei tessuti molli. Entrambe le vie sono stabili una volta instaurate, ma ciò che spinge una cellula verso l'una o l'altra è ancora poco compreso. Questa revisione pubblicata su Aging Cell sostiene che le proprietà della cromatina telomerica siano un determinante centrale.

Gli autori partono dai fondamenti dell'eterocromatina telomerica, rivelata per la prima volta dalla variegazione da effetto di posizione nel moscerino della frutta. I telomeri sono impacchettati come eterocromatina costitutiva marcata da H3K9me3, mantenuta da un circuito che si autorinforza, in cui HP1 lega la marcatura e recluta ulteriore metiltransferasi. Nelle cellule umane i compiti sono suddivisi: SETDB1 è il principale "scrittore" di H3K9me3 ai telomeri, mentre SUV39H1/2 agiscono ai pericentromeri. L'eliminazione di SUV39H aumenta l'eterocromatina telomerica, probabilmente attraverso una ridistribuzione di HP1. L'"eraser" KDM4B è frenato ai telomeri dalla fosforilazione della serina 31 dell'istone H3.3. Il quadro è completato dal complesso shelterin a sei subunità, dall'RNA non codificante TERRA e da array nucleosomici compatti ma flessibili osservati con la crio-EM.

La revisione mette a confronto le due modalità di mantenimento. La telomerasi richiede l'accesso alla cromatina, e un eccesso di eterocromatina, per esempio attraverso il tethering TRF1-HP1, riduce progressivamente la replicazione dei telomeri. L'ALT funziona in modo diverso: gli intermedi di invasione del filamento sono processati dal complesso BLM-TOP3A-RMI (BTR), che estende i telomeri senza scambio, oppure da SLX4-SLX1-ERCC4, che risolve lo stress con scambio ma senza estensione netta. FANCM e SMARCAL1 attenuano lo stress replicativo promuovendo la regressione della forca. Questa sintesi avviene soprattutto in G2, all'interno dei corpi nucleari della leucemia promielocitica associati all'ALT (APB), dove i telomeri si raggruppano.

Al centro della revisione c'è un modello "a due colpi". Le mutazioni inattivanti di ATRX o DAXX sono fortemente associate ai tumori ALT-positivi e, nei rari tumori senza mutazioni, le proteine perdono la localizzazione nucleare. La riespressione di ATRX in cellule ALT prive di ATRX reprime l'ALT, il che supporta un rapporto causale. Il primo colpo, la perdita di ATRX/DAXX, riduce la deposizione di H3.3 e consente l'accumulo di nucleosomi con macroH2A1.2. Nel secondo colpo, il danno al DNA e la poli(ADP-ribosil)azione permettono a HIRA di depositare H3.3 con fosforilazione di S31, che inibisce KDM4B. Le mutazioni H3F3A G34R/V o le mutazioni IDH1/2 che producono 2-idrossiglutarato possono inattivare ulteriormente KDM4B. H3K9me3 aumenta quindi, e lo stress replicativo induce un ricambio di macroH2A1.2 che favorisce l'innesco dell'ALT.

I dati suggeriscono che l'ALT dipenda da un equilibrio. Le cellule prive di SETDB1 mostrano un legame ridotto dei fattori di ricombinazione dell'ALT, mentre il knockout di SUV39H li arricchisce: l'eterocromatina quindi promuove le caratteristiche dell'ALT. Tuttavia, nelle cellule staminali embrionali di topo con la mutazione fosfo-mimetica H3.3 S31E, i telomeri diventano iper-eterocromatici, l'ALT non insorge spontaneamente e i telomeri si accorciano con più danno al DNA. Sia un eccesso sia una carenza di eterocromatina compromettono l'ALT. Gli autori propongono un circuito feedforward accoppiato che blocca l'ALT una volta avviato. Le idee terapeutiche si concentrano sull'interruzione di tali circuiti. Alcuni esempi sono l'inibizione di PARG, che riduce le caratteristiche dell'ALT e accorcia i telomeri nelle cellule ALT, e gli inibitori di PARP, ai quali le cellule ALT sono più sensibili in condizioni di stress replicativo subletale.

Valgono alcune cautele. Si tratta di una revisione concettuale e non di un nuovo set di dati, quindi il modello è un'ipotesi costruita su studi in linee cellulari, cellule staminali embrionali di topo e sequenziamento di tumori. Restano aperte questioni chiave, tra cui che cosa diriga SETDB1 specificamente ai telomeri e quanto sia ancora dibattuto il legame tra cromatina e ALT. Le strategie terapeutiche sono precliniche e nessuna è stata validata nei pazienti.