Inibição de KDM5A e histonas deacetilases como estratégia para a homogeneização da área nuclear em resposta à temozolomida em células de glioblastoma

Abstract

Introdução: O Glioblastoma (GBM) é o tumor cerebral primário mais comum e agressivo em adultos. A terapia antineoplásica com Temozolomida (TMZ) foi implantada na clínica por aumentar as taxas de sobrevida em combinação com a ressecção cirúrgica seguida de radioterapia. Infelizmente, os benefícios do TMZ são limitados e a sobrevida média ainda permanece em 14 meses. O efeito citotóxico do TMZ é dado pela formação de O6-metilguanina e consequente desemparelhamento com a timina em ciclos de replicação celular, levando à diferentes desfechos celulares, como apoptose e senescência. Um dos principais motivos para a baixa taxa de sobrevida é a aquisição de resistência ao tratamento. A resistência ao TMZ é dada, principalmente, pela grande heterogeneidade genética e epigenética encontrada nesses tumores. As alterações genéticas tendem a ser estáveis e irreversíveis, enquanto que as epigenéticas mostram-se dinâmicas e reversíveis. A epigenética é descrita por eventos que alteram o estado da cromatina, como padrões de metilação do DNA e modificações pós-traducionais de histonas, interferindo na expressão gênica sem alterar a sequência do DNA. Dessa forma, cada célula da população tumoral pode apresentar um comportamento único de resposta ao quimioterápico. A possibilidade de reversão das mudanças epigenéticas tornou as enzimas modificadoras de histonas, como histonas deacetilases (HDACs) e histonas demetilases (KDMs), excelentes alvos terapêuticos. A terapia epigenética tem como objetivo ressensibilizar as células ao quimioterápico através da re-expressão de genes como os pró-apoptóticos e diminuição da variabilidade fenotípica. Objetivos: homogeneização da resposta celular de área nuclear ao TMZ através da modulação epigenética via inibição de KDM5A e HDACs à nível de células únicas. Discussão: A área nuclear fornece informações importantes acerca do estado celular, como a senescência, visto que células senescentes apresentam uma maior área nuclear. A senescência é um estado de parada de ciclo celular permanente desencadeada por processos como resposta ao dano ao DNA crônica. Nossa ferramenta de análise da heterogeneidade entre a área nuclear de células dentro de uma colônia foi capaz de gerar dados como proporção de células senescentes, média da área nuclear por colônia e coeficiente de variação da área nuclear entre células em colônias. Resultados: Nossos resultados preliminares indicam que a combinação CPI-455, um inibidor específico de KDM5A, com TMZ pode levar à diminuição da proliferação celular através da indução de senescência. Provavelmente, o estado de cromatina favorável à transcrição provocada pela inibição de KDM5A, aumentou a expressão de genes envolvidos nos processos de indução de senescência, enquanto que a combinação SAHA e TMZ diminuiu a proporção de células senescentes e a taxa de crescimento, indicando que o SAHA pode ter sensibilizado as células ao TMZ e talvez aumentado as taxas de apoptose. Conclusão: mais estudos são necessários para a confirmação dos efeitos benéficos dos moduladores e a compreensão de seu mecanismo.

Introduction: Glioblastoma (GBM) is the most common and aggressive primary brain tumor in adults. Despite the multimodal treatment consisting of surgical debulking followed by radiotherapy and chemotherapy with Temozolomide (TMZ), the GBM patients prognosis remains poor, with a median survival around 14 months. The cytotoxic effect of TMZ is mediated by O6-methylguanine formation, which mismatches with thymine in subsequent DNA replication cycles. This was described as leading to several cellular outcomes, such as apoptosis and senescence-like events. The emergence of TMZ resistance is the main responsible for therapeutic failure and tumor relapse. The lack of successful therapy is often assigned to the genetic and epigenetic heterogeneity of this tumor. Genetic alterations tend to be stable and irreversible, while epigenetic changes can be dynamic and reversible. Epigenetic is described by chromatin state modification events, like histones pos-translational modifications, that lead on change of gene expression without altering DNA sequence. Thus, each cell of a tumor population may present an unique chemotherapy response behavior. The reversal possibility of epigenetic changes cause the emergence of histone modification enzymes, such as histone deacetylases (HDACs) and histone demethylases (KDMs), as excellent therapeutic targets. Epigenetic therapy purpose is ressensibilize cells to chemotherapy through re-expression of pro-apoptotic genes, for example, and decrease phenotypic variability. Objectives: homogenization of nuclear area cell response to TMZ through epigenetic modulation via inhibition of KDM5A and HDACs at the level of single cells. Discussion: the nuclear size provides information about cellular state, such as senescence, that presents bigger nuclear size. Cell senescence is a permanent cycle arrest state triggered by process like chronic DNA damage response. Our tool of nuclear area heterogeneity analysis among cells was able to generate data on the proportion of senescent cells, nuclear area average by colony and nuclear area coefficient variation among cells in colonies. Results: Our preliminary results indicate that CPI-455, an specific KDM5A inhibitor, and TMZ in combination could lead to decreased proliferation by senescence induction. Probably, the open chromatin state caused by KDM5A inhibition increased the expression of pro-senescence genes. In other hand, SAHA, an HDAC I and II inhibitor, and TMZ combination diminished senescence cells proportion and growth rate, indicating that SAHA may ressensitize cells to TMZ and maybe increase apoptosis rate. Conclusion: however, more tests are needed for the confirmation of benefical effects of theses epigenetic modulators and the mechanism understanding.