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Inhibition de l'histone désacétylase

Inhibition de l'histone désacétylase


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J'essaie donc de parfaire mes connaissances sur les HAT et les HDAC.

Je lis juste le 1er paragraphe du contexte de cette étude

Je me souviens avoir appris que les HAT allument les choses et que les HDAC les éteignent.

Il dit que le phénylbutyrate de sodium (PB) peut réguler épigénétiquement l'expression des gènes en inhibant l'histone désacétylase.

Cela signifie-t-il que l'un des effets que ce médicament peut avoir est d'éteindre la chose qui éteint les choses pour produire l'effet de la rallumer ? Similaire à celui d'un double négatif?

Merci.


Oui, le phénylbutyrate de sodium peut réguler positivement la transcription des gènes silencieux en inhibant l'activité des histones désacétylases (HDAC).
L'acétylation des histones réalisée par les acétyltransférases des histones (HAT) aide à l'activation des gènes, tandis que la désacétylation réalisée par les HDAC est responsable de l'extinction des gènes. Cela fait des HDAC une cible médicamenteuse puissante pour traiter les tumeurs malignes.

Les inhibiteurs de HDAC régulent la structure de la chromatine qui relâche la chromatine et donc effectuent la liaison des facteurs de transcription à l'ADN. Cette liaison module l'expression de gènes jouant un rôle dans le cycle cellulaire et l'apoptose, effectuant ainsi la croissance et la différenciation cellulaires. (Référence)

Mais ce n'est pas similaire au double négatif. Le double négatif est un terme utilisé dans l'embryogenèse, où un gène répresseur particulier est activé dans un état régulateur spécifique. (Référence)


Sorte de. Les histones désacétylases agissent sur une région particulière de la fibre de chromatine pour diminuer ou même faire taire l'expression des gènes dans cette région. Selon l'étude, le PB a la capacité d'inhiber l'activité des histones désacétylases, ce qui implique que l'effet du PB est de rendre la cellule moins capable de diminuer l'expression de certains gènes, donc on pourrait dire grossièrement que le PB est en train de tourner. désactiver la chose qui désactive l'expression de certains gènes, mais cela n'implique pas qu'elle réactivera les gènes.


Inhibition de l'histone désacétylase - Biologie

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L'inhibition de l'histone désacétylase empêche la croissance de l'ostéosarcome primitif et métastatique

Conor C. Lynch, Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, 12902, Magnolia Drive, Tampa, FL 33612.

Doctorat en biologie du cancer Programme, Université de Floride du Sud, Tampa, Floride, États-Unis

Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Doctorat en biologie du cancer Programme, Université de Floride du Sud, Tampa, Floride, États-Unis

Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Doctorat en biologie du cancer Programme, Université de Floride du Sud, Tampa, Floride, États-Unis

Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Department of Drug Discovery, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Département de chirurgie orthopédique et de médecine de réadaptation, Université de Chicago, Chicago, Illinois, États-Unis

Département des sarcomes et Département de gestion interdisciplinaire du cancer (DICaM), H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, Tampa, Floride, États-Unis

Conor C. Lynch, Département de biologie des tumeurs, H. Lee Moffitt Cancer Center and Research Institute, 12902, Magnolia Drive, Tampa, FL 33612.

Informations sur le financement : Centre de lutte contre le cancer de la Fondation Chotnier, numéro de subvention/récompense : P30-CA076292 H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute Moffitt Cancer Center National Pediatric Cancer Foundation

Résumé

Les taux de survie globale des patients atteints d'ostéosarcome avancé sont restés statiques pendant plus de trois décennies. Une analyse in vitro de lignées cellulaires d'ostéosarcome pour la sensibilité à un éventail de thérapies anticancéreuses approuvées a révélé que le panobinostat, un inhibiteur d'histone désacétalyase à large spectre (HDAC), est très efficace pour déclencher la mort cellulaire de l'ostéosarcome. En utilisant des modèles in vivo d'ostéosarcome orthotopique et métastatique, nous rapportons ici que le panobinostat altère la croissance de l'ostéosarcome primitif dans l'os et les métastases spontanées au poumon, le site de métastase le plus courant pour cette maladie. En outre, le prétraitement des souris avec du panobinostat avant l'inoculation de la veine caudale de l'ostéosarcome empêche l'ensemencement et la croissance des métastases pulmonaires. De plus, le panobinostat a altéré la croissance des métastases pulmonaires établies et amélioré la survie globale, et ces effets se sont également manifestés dans le modèle métastatique pulmonaire SAOS2-LM7. D'un point de vue mécanique, l'efficacité du panobinostat était liée à une expression élevée de HDAC1 et HDAC2 dans l'ostéosarcome, et le silence de HDAC1 et 2 a considérablement réduit la croissance des ostéosarcomes in vitro. Conformément à ces résultats, le traitement avec l'inhibiteur sélectif HDAC1/2 romidepsine a compromis la croissance de l'ostéosarcome in vitro et in vivo. L'analyse de lignées cellulaires d'ostéosarcome de xénogreffe dérivées de patients a en outre démontré la sensibilité de la maladie au panobinostat ou à la romidepsine. Collectivement, ces études justifient les essais cliniques chez les patients atteints d'ostéosarcome utilisant les thérapies approuvées panobinostat ou romidepsine.

Annexe S1 Renseignements à l'appui.

Remarque : L'éditeur n'est pas responsable du contenu ou de la fonctionnalité des informations fournies par les auteurs. Toute question (autre que le contenu manquant) doit être adressée à l'auteur correspondant pour l'article.


Discussion

La découverte d'inhibiteurs d'HDAC qui soulagent la répression des FXN et augmenter simultanément l'acétylation des histones sur ce gène prouve que l'état d'acétylation et la structure de la chromatine du FXN gène sont susceptibles d'être des régulateurs dominants de la transcription. Ces résultats indiquent en outre un mécanisme basé sur la chromatine pour la répression par les répétitions étendues GAA·TTC. Les deux modèles proposés pour expliquer la répression transcriptionnelle par les répétitions GAA·TTC étendues peuvent être conciliés par l'observation qu'une séquence d'ADN répétée de tout type est capable d'induire la formation d'hétérochromatine dans les régions euchromatiques de Drosophila melanogaster chromosome 18 . Il a été proposé que l'assemblage de l'hétérochromatine est induit en raison de protéines d'hétérochromatine reconnaissant une structure secondaire de l'ADN altérée au niveau des sites de répétitions. Les protéines du groupe à haute mobilité (HMG) sont susceptibles d'avoir un rôle dans un tel mécanisme 19 . Peut-être que la structure inhabituelle de l'ADN adoptée par les répétitions GAA·TTC fournit un signal pour le recrutement de protéines liées à l'hétérochromatine, d'histone désacétylases et d'histone méthyltransférases sur FXN allèles, réprimant ainsi la transcription.

Bien que nous ne puissions pas exclure la possibilité que nos composés modifient également le schéma d'acétylation des régulateurs et co-régulateurs transcriptionnels, comme dans le cas de p53 (réf. 20,21), nos données indiquent un effet direct sur le schéma d'acétylation du N- queues terminales des histones H3 et H4. Deux inhibiteurs d'HDAC bien établis (TSA et SAHA) qui n'ont aucun effet sur FXN transcription (Fig. 2b) ne modifient pas le schéma d'acétylation des histones FXN gène dans les cellules FRDA (Fig. 5b). Ce résultat fournit un lien entre les changements dans l'acétylation des histones et l'activation de FXN avec inhibiteur HDAC 4b. Des études biochimiques et de microscopie électronique des réseaux nucléosomiques indiquent que l'acétylation de la queue des histones empêche la condensation de la chromatine 22,23,24,25 et peut être directement liée à l'activation des gènes 23 . L'idée que les modifications des résidus dans les queues d'histone sont « lues » par des facteurs régulateurs et dictent un résultat biologique particulier est généralement appelée « hypothèse du code des histones » 26 . La désacétylation des histones est souvent impliquée dans le silence de l'expression des gènes, tandis que l'hyperacétylation est associée à un état actif de la chromatine 8 . La méthylation de H3K9 est une caractéristique de la chromatine répressive et est susceptible de se produire par le recrutement de la protéine associée à l'hétérochromatine HP-1 (réf. 27), tandis que la méthylation de la lysine 4 a été associée à des gènes actifs 28 .

Nos études montrent que la répression transcriptionnelle observée sur FXN est compatible avec l'extinction médiée par l'hétérochromatine, comme indiqué par des niveaux élevés de triméthylation de la lysine 9 dans l'histone H3, de faibles niveaux de méthylation de la lysine 4 (non illustré) et la désacétylation des queues H3 et H4, tous se produisant dans la région de l'ADN entourant immédiatement le répétitions GAA·TTC étendues. Notamment, les régions promotrices des allèles expansés ne présentent pas de différences significatives dans les états d'acétylation de H3 et H4 par rapport à ceux des allèles normaux, indiquant que l'état répressif est limité à la région transcrite entourant les répétitions GAA·TTC. Par conséquent, le promoteur de la FRDA FXN allèles est probablement accessible aux facteurs de transcription et à l'ARN polymérase. Nous avons exploré l'hypothèse selon laquelle l'augmentation de l'accessibilité de la région transcrite de FXN en induisant une hyperacétylation des histones, régule positivement la transcription de ce gène. Parce que les inhibiteurs d'HDAC augmentent le taux de transcription de différents gènes 14,29,30,31,32, nous avons développé une classe de molécules qui induisent une augmentation de deux à trois fois FXN transcription au niveau des allèles étendus. Ce résultat soutient en outre l'idée que FRDA est en effet une maladie de la chromatine, et il offre des traitements potentiels pour la maladie.

Lorsque nous avons sondé la région en amont des répétitions GAA·TTC en utilisant l'immunoprécipitation de la chromatine, nous avons observé une augmentation constante de l'état d'acétylation des histones H3 et H4 lors du traitement avec le composé 4b. Sur les six lysines analysées, seules H3K14, H4K5 et H4K12 ont montré une acétylation accrue. Ce schéma ressemble à l'état dans lequel l'histone H4 nouvellement synthétisée est déposée dans la chromatine (c'est-à-dire diacétylée au niveau de la lysine 5 et de la lysine 12 réf. 24), et il est également similaire à celui obtenu dans une souche de levure ayant des délétions dans le HDAC RPD3 et dans la HAT Gcn5 (réf. 33), une observation suggérant que 4b pourrait cibler les HDAC de classe 1. D'autres études soulignent l'existence de HDAC spécifiques qui façonnent le code histone sur différents gènes 34 . Différents inhibiteurs d'HDAC induisent différents schémas d'acétylation : la TSA provoque une acétylation globale de l'histone H3 (en particulier H3K14 et H3K9) mais pas de H4 dans Xénope laevis ovocytes 35 SAHA induit une augmentation générale de l'acétylation des histones H3 et H4 qui se traduit par l'accumulation de H3K9, H3K14, H4K5, H4K8 et H4K12 acétylés sur le promoteur p21 WAF129. Le traitement des cellules de leucémie lymphoïde chronique par le depsipeptide (FR901228) induit une acétylation des histones plus spécifique impliquant H4K5, H4K12 et H3K9 (et dans une moindre mesure H4K8) mais pas H4K16 ou H3K14 (réf. 36). Ainsi, la découverte que les niveaux d'acétylation à seulement des résidus de lysine particuliers sur le FXN gène sont augmentés par l'inhibiteur HDAC 4b peut être lié à un code de modification d'histone 26 particulier qui régule l'activité de ce gène.

Il n'existe actuellement aucun traitement efficace pour la FRDA. Bien que les stratégies utilisant des antioxydants et des chélateurs du fer semblent prometteuses pour contrer l'évolution de la maladie 37 , ces stratégies ne traitent que les symptômes et ne ciblent pas la cause de la maladie, qui est la carence en frataxine. Ainsi, la poursuite de thérapies qui restaurent la protéine frataxine en vaut la peine. Divers composés se sont avérés augmenter les concentrations de protéine frataxine, notamment le cisplatine 38 , l'acide 3-nitropropionique 39 , le butyrate de sodium 15 et l'érythropoïétine 40 . Cependant, les mécanismes moléculaires de la régulation positive de la frataxine n'ont été établis pour aucune de ces molécules, et il est peu probable que l'un de ces composés soit une thérapeutique sûre et efficace pour la FRDA. Nos résultats suggèrent que les inhibiteurs de HDAC que nous avons identifiés peuvent s'avérer utiles en tant que thérapeutiques pour FRDA, et des études animales sont en cours pour déterminer la biodisponibilité et l'efficacité de ces composés.


Discussion

Dans cette étude, nous avons construit un modèle biochimique à l'échelle du génome pour prédire l'impact de l'état métabolique cellulaire et de la disponibilité des nutriments sur l'acétylation. Une observation clé de notre étude est que la dynamique d'acétylation des histones reflète le flux de carbone en excès qui n'est pas utilisé pour la synthèse de la biomasse (métabolisme de débordement). Le métabolisme de débordement a également été proposé pour entraîner l'acétylation chez les procaryotes [56, 57]. Les conditions qui manquent d'acides aminés ou d'oxygène peuvent augmenter l'acétylation car il y a un excès de carbone disponible pour l'acétylation à partir du glucose. De manière frappante, nous avons observé une acétylation même dans certaines conditions de privation de nutriments qui ne favorisent pas la croissance, ce qui est également observé expérimentalement (Fig. 2c).

Notre analyse a également identifié des enzymes métaboliques connues et nouvelles qui peuvent avoir un impact sur l'acétylation. Ces prédictions étaient étayées par de nombreuses interactions physiques entre les enzymes métaboliques ayant un impact sur l'acétylation prédites par notre modèle avec les protéines de la machinerie d'acétylation. Cela suggère que l'activité de ces enzymes métaboliques peut avoir un impact sur l'acétylation des protéines et qu'elles sont à leur tour régulées par l'acétylation des protéines. Cette régulation réciproque pour maintenir l'homéostasie a également été observée entre les voies métaboliques et les voies de signalisation [58,59,60] .

Étant donné que l'acétylation joue un rôle central dans la signalisation et la régulation de la chromatine, des mutations dans les gènes métaboliques ayant un impact sur l'acétylation peuvent affecter de manière significative l'homéostasie cellulaire. Les gènes impactant l'acétylation, IDH2, SDHA/B/C et FH, sont annotés comme étant fréquemment mutés dans les cancers dans la base de données COSMIC [61]. Une expression aberrante de ces gènes peut également conduire à une acétylation altérée dans les tumeurs. Les gènes ACLY, CS, RPE et IDH2 se sont avérés être parmi les 10 % supérieurs des gènes fréquemment surexprimés dans 19 types de cancer d'après une étude de méta-analyse de 1981 tumeurs (FDR p valeur < 0,05) [62]. Ces gènes prédits par notre modèle sont des cibles potentielles de médicaments pour les troubles avec épigénome dérégulé.

Nous avons ensuite démontré que notre modèle peut prédire l'impact de l'état métabolique sur la sensibilité aux inhibiteurs de la désacétylase. Nous avons émis l'hypothèse que les conditions favorisant une acétylation accrue devraient améliorer la sensibilité à ces médicaments, qui provoquent la mort cellulaire en bloquant la désacétylation. Conformément à cette hypothèse, nous avons pu prédire et valider à la fois les conditions métaboliques et les types de cellules qui montrent une sensibilité accrue à ces médicaments. Notre criblage expérimental dans diverses conditions métaboliques a révélé que la sensibilité au vorinostat changeait de manière significative avec l'état métabolique. Notamment, notre modèle biochimique a prédit avec précision la sensibilité au vorinostat en prédisant le flux d'acétylation dans diverses conditions nutritives. Les nutriments qui ont été modélisés dans cette étude tels que le glucose, l'acétate, les acides aminés et le lactate sont également métabolisés par les tumeurs in vivo [63, 64]. Alors que le glucose est la source de carbone commune, certaines tumeurs utilisent également du lactate [64]. Notre analyse suggère que si la glycémie augmente la sensibilité, la croissance du lactate peut offrir une protection contre le vorinostat. Par conséquent, ce médicament peut être efficace uniquement contre certains types de tumeurs. Ceci est potentiellement pertinent pour cibler les cancers avec des états métaboliques distincts [65]. Alors que le microenvironnement tumoral est complexe et dynamique, notre capacité à prédire l'impact de l'efficacité des médicaments dans des environnements définis simples est la première étape vers la résolution de la complexité in vivo. Notre étude ouvre la voie à des modèles dynamiques qui peuvent simuler l'impact de la modification des conditions métaboliques.

L'analyse de la sensibilité des inhibiteurs de KDAC sur 860 lignées cellulaires cancéreuses a révélé que les différences d'état métabolique basal entre les cellules peuvent entraîner une variation de sensibilité. En utilisant la modélisation métabolique, nous avons pu regrouper les lignées cellulaires en fonction de leur état d'acétylation et prédire celles qui présentent une sensibilité accrue à l'inhibition de la désacétylase. L'identification des tumeurs sensibles à des inhibiteurs spécifiques de KDAC est un défi clinique important [46]. Notre approche peut aider à prédire l'efficacité des inhibiteurs de la désacétylase contre différents types de cancer à l'aide de données transcriptomiques. Le profilage transcriptomique est de plus en plus réalisé pour les tumeurs pour la stratification du traitement et le pronostic [66]. Un très petit échantillon de tissu est nécessaire pour la transcriptomique par rapport aux exigences de la culture cellulaire et du criblage de médicaments.

En outre, des différences uniques dans le modèle transcriptomique induit par chaque inhibiteur de KDAC sont en corrélation avec la variation de sensibilité entre ces inhibiteurs. En analysant la sensibilité à quatre inhibiteurs de KDAC utilisés en clinique dans toutes les lignées cellulaires CCLE, nous avons constaté que les lignées cellulaires qui présentaient une réduction du flux d'acétylation plus élevée après traitement avec un inhibiteur de KDAC par rapport aux autres étaient plus sensibles au médicament correspondant. Notre approche complète les approches d'apprentissage automatique et de criblage à haut débit [67] en fournissant une stratégie mécaniste rationnelle pour prédire et régler la sensibilité des inhibiteurs de KDAC en fonction du flux d'acétylation. Il a été démontré que la modélisation à l'échelle du génome prédit avec précision l'état métabolique des cellules cancéreuses à partir de données transcriptomiques. Une analyse future utilisant des données protéomiques et métabolomiques pourrait conduire à une stratification tumorale avec une plus grande précision.

Alors que nous nous sommes concentrés sur l'impact du métabolisme et de la nutrition sur l'acétylation dans cette étude, l'activité des acétylases et des enzymes métaboliques peut également être régulée par des voies de signalisation qui peuvent par la suite avoir un impact sur les niveaux d'acétylation en masse [7]. De plus, alors que notre modèle prédit les niveaux d'acétylation en vrac, il ne fournit pas d'informations sur les changements d'acétylation dans des sites protéiques spécifiques. À l'avenir, la connaissance des cibles spécifiques, de l'affinité de liaison et des niveaux d'expression des enzymes d'acétylation et de désacétylation peut permettre de prédire la dynamique d'acétylation à des sites spécifiques dans le protéome. De même, l'incorporation du rôle des facteurs redox, FADH et NADH, qui peuvent influencer l'activité des désacétylases peut potentiellement résoudre les incohérences observées dans les conditions nutritionnelles telles que les milieux galactose qui ont un impact sur l'état redox [68]. Semblable à l'acétylation, qui est sensible au flux d'acétyl-CoA, des études récentes ont révélé que la méthylation des histones est sensible au flux du substrat S-Adenosyl Methionine (SAM) [17, 69]. Notre étude peut ouvrir la voie à la modélisation d'autres modifications des histones telles que l'acylation, la succinylation et la méthylation qui dépendent également d'intermédiaires métaboliques.


Fonctions biologiques des HDAC

Les histones désacétylases sont exprimées dans différentes tumeurs : les HDAC de classe I et II sont considérées comme des oncoprotéines générales qui interagissent avec des substrats et régulent l'expression des gènes pour favoriser la tumorigenèse et le développement du cancer, soit individuellement, soit conjointement avec des co-répresseurs (Falkenberg et Johnstone, 2014 West et Johnstone , 2014). Paradoxalement, les SIRT peuvent servir à la fois d'oncoprotéines et de suppresseurs de tumeurs (Kugel et al., 2016 Costa-Machado et al., 2018 Funato et al., 2018). Nous listons les modèles knockout (KO) ou knockdown démontrés de 18 HDAC (tableau 2). En raison de la fonction biologique diversifiée des HDAC, il n'est pas surprenant que les régimes HDACi influencent de nombreux processus cellulaires, y compris ceux qui contribuent à la progression du cancer.

Règlement transcriptionnel

Modulateurs de transcription

Les facteurs de transcription (TF) peuvent cibler directement l'ADN ou subir divers PTM pour modifier l'expression des gènes. De cette manière, les HDAC modulent négativement la transcription en formant un complexe avec les TF ou en régulant directement la transcription des TF (Grunstein, 1997). Par exemple, l'homologue d'oncogène viral de myélocytomatose aviaire v-myc (Myc) est un proto-oncogène bien caractérisé qui favorise la tumorigenèse en recrutant et en interagissant directement avec les HDAC pour réguler l'expression des gènes (Liu et al., 2007 Zhang et al., 2012a ). Pendant ce temps, l'acétylation de Myc est également modulée par les HDAC directement ou indirectement. Par exemple, SIRT2 stabilise les protéines N-Myc et c-Myc en désacétylant et en réprimant la régulation négative du développement exprimée par les cellules précurseurs neuronales 4 (NEDD4), qui médie l'ubiquitination et la dégradation de Myc (Liu et al., 2013). Par conséquent, l'inhibiteur spécifique de SIRT2 thiomyristoyl (TM) favorise l'ubiquitination et la dégradation de Myc (Jing et al., 2016). L'acide hydroxamique subéroylanilide HDACi (SAHA) et l'entinostat (également appelé MS-275) induisent l'acétylation de Myc à K323, en régulant à la baisse Myc et en accompagnant l'activation du ligand induisant l'apoptose (TRAIL) lié au facteur de nécrose tumorale (TNF) (Nebbioso et al., 2017 ). Les régimes thérapeutiques ciblant la suppression de Myc à l'aide d'HDACi combinés à des réactifs de déméthylation de l'ADN semblent avoir un effet notable sur le cancer du poumon non à petites cellules (NSCLC) en activant le système immunitaire (Topper et al., 2017).

p53 est un TSG bien connu qui est crucial pour la médiation de l'expression des gènes (Gu et Zhu, 2012 Zhu, 2017) : son activité est modulée par divers PTM. Les HDAC et les SIRT régulent négativement l'activité de p53 pour favoriser la survie des cellules cancéreuses en réponse au stress oxydatif (Juan et al., 2000 Luo et al., 2000, 2001 Vaziri et al., 2001). Plus précisément, HDAC1, -2 et -3 peuvent tous induire une désacétylation de p53 qui réprime l'apoptose médiée par p53 (Juan et al., 2000). De plus, HDAC2 module l'activité transcriptionnelle de p53 par liaison directe à l'ADN p53 (Harms et Chen, 2007). p53 se lie à l'ADN en fonction de son état d'acétylation à K373/K382 par p300 (Gu et Roeder, 1997). Le depsipeptide HDACi induit l'acétylation à K373/K382 en recrutant p300. Cela favorise à son tour l'expression de p21 Cip1/Waf1 (encodé par inhibiteur de la kinase dépendante de la cycline 1A, CDKN1A) (Zhao et al., 2006). Par rapport à la p53 de type sauvage, la déficience en HDAC réduit l'expression de la p53 mutante (mtp53) à la fois au niveau de l'ARNm et de la protéine (Yan et al., 2013 Stojanovic et al., 2017). Outre la régulation transcriptionnelle de mtp53, les HDAC modulent également la stabilité de la protéine mtp53. En inhibant HDAC6, SAHA favorise la dégradation préférentielle de mtp53 en régulant à la baisse la protéine de choc thermique 90 (HSP90) qui supprime la dégradation de p53 via l'E3 murine double minute (MDM2) ou l'extrémité carboxy de la protéine d'interaction HSP70 (CHIP) (Li et al., 2011 ). Par conséquent, induire la dégradation de mtp53 en bloquant HDAC6-HSP90 pourrait représenter une nouvelle stratégie pour supprimer l'oncogenèse à l'avenir (Alexandrova et al., 2015).

En plus des TF, les HDAC modulent également l'activité des super amplificateurs (SE) (Gryder et al., 2019). Les ARN activateurs (eRNA) sont de courtes molécules d'ARN non codantes qui modifient la transcription de gènes cibles en coopération avec des promoteurs (Melo et al., 2013 Hsieh et al., 2014 Danko et al., 2015 Mao et al., 2019) . La trichostatine A (TSA) et la SAHA réduisent la synthèse d'ARNe en inhibant la HSP90 (Greer et al., 2015). MEF2D et HDAC4/9 forment un corépresseur pour reconnaître les régions intergéniques. Les cellules appauvries en HDAC4/9 présentent une augmentation du niveau de H3K27ac autour des sites de démarrage de la transcription du gène, où apparaissent les caractéristiques des amplificateurs actifs dans les domaines associés topologiquement (TAD) correspondants (Di Giorgio et al., 2020). HDACi 4SC-202 spécifique de classe I augmente globalement à la fois les niveaux de H3K27ac et H3K4me3 autour du TSS des gènes, mais diminue notablement l'occupation dans les régions proximales du TSS de gènes tels que Membre de la famille SMAD 6 (SMAD6) et Facteur de transcription E2F 8 (E2F8), qui sont associés à la désactivation de l'amplificateur (Mishra et al., 2017). Le panobinostat et la romidepsine modifient l'état d'acétylation de H3K27 en perturbant la topologie SE dans boîte jumelée 8 (PAX8) (Shi et al., 2019). Le largazole (un peptide cyclique similaire au depsipeptide) perturbe préférentiellement les transcrits SE qui sont fréquemment associés à des activités oncogènes (Sanchez et al., 2018).

Activation transcriptionnelle

Bien que les HDAC fonctionnent généralement comme des silencieux géniques, ils peuvent également activer la transcription (Kurdistani et al., 2002 Wang et al., 2002). Outre la régulation des activateurs, un mécanisme potentiel sous-jacent à ce rôle comprend la modulation de l'ARN polymérase II (RNAP2) par les HDAC. Les HDAC participent à la diaphonie entre l'acétylation et la phosphorylation du domaine C-terminal de RNAP2 (Wang et al., 2009 Blank et al., 2017 Ali et al., 2019). SIRT6 recrute et régulateur mono-ADP-ribosylates switch/sucrose non fermenting (SWI/SNF), associé à la matrice, dépendant de l'actine du membre 2 de la sous-famille c de la chromatine (SMARCC2/BAF170) pour former de la chromatine active au niveau de l'activateur de l'hème oxygénase-1 , qui recrute par la suite RNAP2 (Rezazadeh et al., 2019). SIRT6 peut également lier p53 pour recruter efficacement RNAP2 auprès des promoteurs locaux (Li et al., 2018). Le déficit en SIRT6 médie l'activation de la kinase 9 dépendante de la cycline (CDK9) qui peut phosphoryler le facteur d'élongation négatif (NELF) et médier la libération de NELF à partir de RNAP2, facilitant l'enrichissement des TF et des facteurs d'élongation liés à RNAP2 pour favoriser l'élongation d'ensembles de gènes spécifiques (Etchegaray et al., 2019). De manière cohérente, TSA et SAHA perturbent l'élongation transcriptionnelle médiée par RNAP2 en favorisant l'association entre RNAP2 et NELF (Greer et al., 2015). De plus, des doses élevées de largazole peuvent provoquer une pause transcriptionnelle et une mort cellulaire médiées par RNAP2 (Sanchez et al., 2018).

Méthylation et désacétylation de l'ADN

La méthylation de l'ADN et la modification des histones modulent la transcription, seules ou en coopération, en modifiant l'état de la chromatine. Les HDAC et leurs complexes sont recrutés dans l'ADN hyperméthylé par le biais de la protéine contenant le domaine de liaison méthyl-CpG (MBD) (MeCP), qui a des rôles de répression transcriptionnelle (Jones et al., 1998 Nan et al., 1998 Ng et al., 1999 Zhang et al., 1999 Zhu et al., 2003). Pour maintenir la méthylation de l'ADN, l'ADN (cytosine-5-)-méthyltransférase 1 (DNMT1) se lie à HDAC1 et HDAC2 pour établir un silence transcriptionnel héréditaire (Robertson et al., 2000 Rountree et al., 2000). Un certain nombre de percées majeures impliquant des combinaisons de réactifs HDACi et de déméthylation de l'ADN [inhibiteurs de la méthyltransférase de l'ADN (DNMTi)] ont eu lieu au cours des deux dernières décennies (Cameron et al., 1999 Zhu et al., 2001b Topper et al., 2017). La justification de la thérapie combinée DNMTi et HDACi réside dans leurs effets synergiques sur la chromatine compactée. La méthylation dense des îlots CpG (CGI) est responsable du silence des gènes, qui peuvent être réactivés par HDACi. Dans ce scénario, la TSA relâche la structure de la chromatine et induit l'expression de gènes précédemment réduits au silence en présence de DNMTi (Jones et al., 1998, 2016 Cameron et al., 1999). L'association de 5-aza-2’-deoxycytidine (5-Aza-CdR, decitabine, Dacogen, Otsuka) et de depsipeptide ou de TSA induit l'expression de p21 Cip/Waf1 , p15 (CDKN2B/INK4B), p16 (CDKN2A/INK4B), et p19 (CDKN2D/INK4D) (Cameron et al., 1999 Zhu et al., 2001a). Le depsipeptide et l'apicidine induisent la déméthylation et réactivent des gènes silencieux tels que p16, GATA binding protein 4 (GATA4) et sal-like protein 3 (SALL3) en inhibant la liaison de DNMT1 à ces promoteurs de gènes (Wu et al., 2008). En termes d'effets anti-tumoraux directs, le DNMTi en combinaison avec HDACi peut provoquer une réponse clinique durable et puissante chez les patients (Jones et al., 2016). Plusieurs thérapies combinatoires présentes dans le régime d'inversion de l'évasion immunitaire tumorale dans le NSCLC. L'azacytidine plus ITF-2357 (givinostat) semble être la stratégie la plus efficace pour augmenter la machinerie de présentation de l'antigène et l'activation des gènes immunitaires liée à l'interféron α/β (IFNα/β), et se concentre principalement sur la suppression de La tumorigenèse induite par Myc (Topper et al., 2017). Avec leur large éventail de fonctions physiologiques dans divers tissus, les effets combinés de l'HDACi et du DMNTi sont prometteurs pour l'avenir thérapeutique.

Régulation synergique des HDAC et autres modificateurs des histones

En plus de la méthylation de l'ADN, les HDAC coopèrent également avec d'autres modificateurs épigénétiques. Par exemple, la déméthylase 1 spécifique de la lysine [LSD1, la lysine déméthylase 1A (KDM1A)] est responsable de la suppression de la mono- ou di-méthylation de H3K4, et réprime la transcription via le complexe CoREST-HDACs (Humphrey et al., 2001 Lee et al ., 2005 Shi et al., 2005). Un double inhibiteur de HDAC et de LSD1, la corine, a été développé pour supprimer les CoREST-HDAC et pour augmenter de manière coordonnée H3K4me1, H3K27ac et H3K27me3 (Kalin et al., 2018 Anastas et al., 2019). KDM2B induit la déméthylation de H3K79 et la répression transcriptionnelle d'une manière dépendante de SIRT1 (Kang et al., 2018). KDM4A module la répression génique via une interaction physiologique avec le complexe NCoR-HDAC3 (Zhang et al., 2005). KDM5A s'associe directement aux complexes HDAC pour réguler H3K4me2/3 (Nishibuchi et al., 2014). La déméthylase H3K36me2 KDM8 augmente l'acétylation H3/H4 et l'activation transcriptionnelle de la cycline A1 en empêchant le recrutement de HDAC1 (Hsia et al., 2010).

Concernant les histones lysine méthyltransférases, HDAC3 module la transition H3K9ac/H3K9me3 de manière dépendante du suppresseur de la panachure 3-9 homologue 1 (SUV39H1, également appelé KMT1A) lors de la réponse aux dommages à l'ADN (DDR) (Ji et al., 2019). SIRT1 régule la méthylation de H3K9 en désacétylant K266 dans le domaine Su(var)3-9, activateur de zeste et trithorax (SET) de SUV39H1, augmentant ainsi son activité pendant la formation de l'hétérochromatine (Shankaranarayana et al., 2003 Vaquero et al., 2007). Alors que SIRT6 induit la monoubiquitination des cystéines (Cys) dans le domaine pré-SET de SUV39H1, la suppression de SUV39H1 de I㮫α régule négativement la voie du facteur nucléaire-kappaB (NF-㮫) (Santos-Barriopedro et al., 2018). Le depsipeptide diminue l'expression de H3K9me2/3 en réduisant l'expression de SUV39H1 et G9A (également appelé KMT1C) (Wu et al., 2008). SIRT2 lie et désacétyle PR-Set7/SET8/KMT5A à K90 et augmente le niveau de H4K20me1 (Serrano et al., 2013). Les HDAC interagissent également avec les protéines du groupe polycomb (PcG) pour réinitialiser le remodelage de la chromatine et la répression transcriptionnelle (Van Der Vlag et Otte, 1999 Kuzmichev et al., 2005 Zhang et al., 2012b Fukumoto et al., 2018). SIRT1 interagit avec Set7/9 (également appelé KMT7), plusieurs sites étant méthylés par Set7/9. En réponse aux dommages à l'ADN, la liaison SIRT1-p53 est significativement améliorée en présence de Set7/9 et cette liaison coïncide avec une acétylation accrue de p53 à K382 (Liu et al., 2011).

Les protéines de la famille BRD sont des lecteurs de Kac (Dhalluin et al., 1999 Fujisawa et Filippakopoulos, 2017). La classe I HDACi 4SC-202, le mocétinostat et l'entinostat induisent une augmentation de centaines d'expressions géniques, qui sont principalement enrichies dans les régions proximales du TSS ciblées par BRD4 et MYC. p21 est activé par 4SC-202 pour inhiber la prolifération cellulaire (Mishra et al., 2017). De même, JQ1 coopère avec SAHA pour inhiber la croissance de l'adénocarcinome canalaire pancréatique (PDAC) en régulant positivement p57 (CDKN1C) que bloque habituellement Myc (Mazur et al., 2015). En outre, les HDAC interagissent également avec les protéines arginine méthyltransférases (PRMT) pour réguler la transcription des gènes (Qi et al., 2018 Yan W. W. et al., 2018). Ces résultats mettent tous en évidence la concurrence entre les “readers”, les “writers” et les 𠇎rasers” au niveau des histones acétylées et des non-histones, et pourraient fournir des approches épigénétiques supplémentaires, nouvelles et combinées pour le traitement du cancer à l'avenir ( Figure 2).

Figure 2. Régulation de la transcription dans les HDAC et HDACi. (UNE) HDAC et HDACi impliquaient la régulation de la transcription de concert avec d'autres modificateurs épigénétiques. (B) Un modèle de travail a décrit comment HDAC et HDACi régulent à la fois l'expression des oncogènes et des gènes suppresseurs de tumeurs.

Métabolisme

Diverses kinases et voies métaboliques forment un réseau complexe avec des co-répresseurs épigénétiques pour réguler dynamiquement le flux métabolique et des aberrations d'activité enzymatique dans ces processus peuvent entraîner la tumorigenèse et la progression du cancer. Le métabolisme peut affecter l'acétylation des protéines en modifiant la concentration de NAD+ et d'acétyl-CoA. À leur tour, les HDAC interviennent également dans la reprogrammation métabolique dans les cellules cancéreuses (Verdin et Ott, 2015).

Les cellules cancéreuses sont souvent caractérisées par leur forte activité glycolytique, l'activité glycolytique aérobie étant préférée pour le métabolisme énergétique tumoral (Weinhouse, 1956). Une glycolyse accrue est associée à une régulation anormale des enzymes glycolytiques et d'autres voies du métabolisme du glucose. Les HDAC de classe II induisent une trans-répression des enzymes gluconéogènes du cytoplasme vers le noyau d'une manière dépendante de HDAC3, et interviennent dans la désacétylation et l'activation de la famille des boîtes à fourche de classe O (FoxO) dans le noyau (Mihaylova et al., 2011) . SIRT2 désacétylé isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) à K224 et favorise l'activité enzymatique IDH1. L'IDH1 hypoacétylé convertit l'isocitrate en α-cétoglutarate dans le cycle de l'acide tricarboxylique (TCA) pour inhiber les métastases hépatiques du cancer colorectal (CRC) (Wang B. et al., 2020). La pyruvate kinase (PKM2) favorise la tumorigenèse en régulant l'expression des oncogènes et l'activation de la voie de prolifération de manière dépendante de HDAC3 (Yang W. et al., 2011 Yang et al., 2012). SIRT6 peut interagir directement avec et désacétyler PKM2, entraînant son exportation nucléaire via l'exportine 4 et la suppression des fonctions oncogènes liées à PKM2 (Bhardwaj et Das, 2016). Inversement, SIRT3 et SIRT6 agissent également comme suppresseurs de tumeurs, limitant la glycolyse aérobie dans les cellules cancéreuses par la déstabilisation de la sous-unité alpha du facteur 1 inductible par l'hypoxie (HIF-1α) et l'inhibition des kinases glycolytiques, respectivement (Finley et al., 2011 Sebastian et al ., 2012). p53 se lie directement et active SIRT6 pour réguler la néoglucogenèse en médiant l'exclusion nucléaire et la désacétylation de FoxO1 (Zhang et al., 2014).

L'acylation grasse des protéines a un rôle vital dans la synthèse membranaire, le transport des vésicules, l'interaction protéine-membrane, la signalisation cellulaire et la localisation (Resh, 2006). Les HDAC régulent l'acylation des graisses au cours de la progression du cancer. Par exemple, HDAC8 exécute des fonctions de dégraissage-acylation de la lysine. L'inhibiteur sélectif de HDAC8 PCI-34051 augmente également les niveaux globaux d'acylation des graisses dans les cellules Jurkat (Aramsangtienchai et al., 2016). HDAC11 a un effet relativement faible sur les groupes acétyle, mais catalyse efficacement les peptides dodécanoylés et myristoylés (Kutil et al., 2018). Par rapport aux peptides acétyles, certains HDAC ont une efficacité catalytique plus élevée sur les groupes acyle (Houtkooper et al., 2012 Feldman et al., 2013 Jiang et al., 2013 Aramsangtienchai et al., 2016 Wang et al., 2016 Kutil et al., 2018) (voir tableau 1). HDAC11 élimine efficacement les groupes acyle à la surface de la sérine hydroxyméthyltransférase 2α (SHMT2α), provoquant la dissociation SHMT2α de l'endosome/lysosome tardif. Cet effet entraîne une polyubiquitylation et une dégradation de la chaîne 1 du récepteur de l'interféron de type I (IFNαR1), ainsi qu'une régulation négative de la signalisation de l'IFN (Cao et al., 2019). Les inhibiteurs spécifiques de HDAC11, tels que l'onzetostat, le FT895 et le SIS17, pourraient représenter de futurs traitements prometteurs ciblant la dérégulation métabolique des lipides dans les cancers (Martin et al., 2018 Kutil et al., 2019 Son et al., 2019). SIRT3 joue un rôle dans l'oxydation des acides gras mitochondriaux en régulant l'acyl-CoA déshydrogénase à longue chaîne (LCAD) (Hirschey et al., 2010). SIRT6 est indispensable pour l'oxydation hépatique en désacétylant le coactivateur 2 du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes α (PPARα) (NCOA2) à K780 (Naiman et al., 2019). Après un traitement à l'acide palmitique, SIRT6 interagit avec p53 pour réguler de novo biosynthèse des cardiolipines et maintien de l'homéostasie lipidique (Li et al., 2018).

Les acides aminés sont également impliqués dans la tumorigenèse. L'épuisement de SIRT3 supprime la glutamate déshydrogénase (GDH/GLUD), ce qui altère le flux de glutamine dans le cycle du TCA et entraîne une réduction des pools d'acétyl-CoA (Li M. et al., 2019). SIRT4 est une lipoamidase qui diminue l'activité du complexe pyruvate déshydrogénase (PDH) en hydrolysant le cofacteur lipoamide dihydrolipoyllysine acétyltransférase (DLAT) (Mathias et al., 2014). De plus, SIRT4 réprime l'activité de la GDH par sa fonction ADP-ribosyltransférase. Le déficit en SIRT4 active la GDH, stimulant la sécrétion d'insuline médiée par les acides aminés dans les cellules d'insulinome (Haigis et al., 2006). SIRT4 intervient également dans d'autres PTM, notamment la méthylglutarylation, l'hydroxyméthylglutarylation et la 3-méthylglutaconylation, et les intermédiaires de ces PTM contribuent à l'oxydation de la leucine.En effet, SIRT4-KO induit des troubles du métabolisme de la leucine et conduit à une intolérance au glucose et à une résistance à l'insuline (Anderson et al., 2017). Pendant ce temps, l'expression élevée de SIRT5 dans le cancer du sein médie la désuccinylation de la glutaminase et protège la glutaminase de la dégradation médiée par l'ubiquitine, cet effet a été associé à un mauvais pronostic dans les cancers du sein (Greene et al., 2019). SIRT3 et SIRT5 médient également respectivement la désuccinylation et la désacétylation de SHMT2, suggérant que la suppression du catabolisme de la sérine pourrait représenter une nouvelle stratégie pour freiner la croissance tumorale (Wei et al., 2018 Yang et al., 2018).

Hypoxie et angiogenèse

Les HIF activés (HIF-1α, HIF-2α, HIF-3α et HIF-1β) jouent un rôle essentiel dans les réponses adaptatives, HIF-1α et HIF-2α étant en particulier associée à la tumorigenèse et à l'angiogenèse en réponse à l'hypoxie (Gonzalez et al., 2018). Notamment, SAHA induit spécifiquement l'accumulation de HIF-2α plutôt que HIF-1α dans les sarcomes des tissus mous (Nakazawa et al., 2016). HIF-1α est ubiquitiné par von Hippel-Lindau (VHL) ou par liaison à p53-MDM2, induisant une dégradation dépendante du protéasome (Vriend et Reiter, 2016 Gonzalez et al., 2018). HDAC1 régule négativement l'expression de p53 et de VHL et stimule l'angiogenèse dépendante de HIF-1α. La TSA inhibe ce processus en bloquant HIF-1α et le récepteur du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGF) (Kim et al., 2001). En outre, HDAC4 et HDAC6 se lient directement à HIF-1α. HDACi LAQ824, l'acide valproïque (VPA) et la trapoxine induisent une déplétion dose-dépendante en HIF-1α de manière indépendante du VHL (Qian et al., 2006). Le HDACi TMP195 sélectif de classe IIa établit efficacement un microenvironnement anti-tumoral et induit la normalisation de la vascularisation tumorale dans les cancers du sein en provoquant le recrutement et la différenciation des macrophages. Le TMP195 en association avec des schémas chimiothérapeutiques tels que le carboplatine ou le paclitaxel peut réduire considérablement le fardeau du cancer du sein (Guerriero et al., 2017).

Quant aux SIRT, elles jouent en permanence un rôle inhibiteur de la régulation transcriptionnelle et métabolique pertinente pour HIF-1. Pendant l'hypoxie, l'activité de SIRT1 est inhibée en raison des niveaux réduits de NAD +, ce qui conduit à l'acétylation et à l'activation de HIF-1α et HIF-2α. SIRT1 régule négativement l'angiogenèse en désacétylant FoxO1 (Potente et al., 2007 Dioum et al., 2009 Lim et al., 2010). Dans les cancers du sein humains, un déficit en SIRT3 peut stabiliser HIF-1α (Finley et al., 2011). SIRT6 et SIRT7 peuvent moduler négativement l'expression et l'activité de HIF-1α et HIF-2α (Zhong et al., 2010 Hubbi et al., 2013).

Redox et stress oxydatif

Le traitement par les inhibiteurs de l'histone désacétylase s'accompagne souvent de dommages à l'ADN liés au stress oxydatif, principalement causés par la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) (Xu et al., 2006). Dans les cellules de mammifères, deux systèmes redox répondent au stress oxydatif : le système thiorédoxine (Trx) et le système glutathion-glutarédoxine (Grx). En réponse à l'oxyde nitrique (NO), HDAC2 est S-nitrosylé au niveau de Cys 262 et Cys 274, ce qui induit un remodelage de la chromatine pour favoriser l'expression des gènes (Nott et al., 2008). Une paire de résidus cystéine sensibles à l'oxydoréduction (Cys-667/Cys-669) dans HDAC4 sont impliqués dans le stress oxydatif via la formation de ponts disulfure intramoléculaires (Ago et al., 2008). Par rapport aux cellules normales, les cellules tumorales sont enrichies de l'antioxydant Trx réductase (TrxR), qui pourrait représenter une nouvelle cible thérapeutique (Lu et Holmgren, 2014 West et Johnstone, 2014). Le depsipeptide provoque des dommages robustes à l'ADN et l'apoptose en induisant la génération de ROS, principalement par la suppression de TrxR (Wang et al., 2012). HDAC5 réprime la génération mitochondriale de ROS, et l'épuisement de HDAC5 provoque la transcription associée au facteur nucléaire, erythroid 2 like 2 (NRF2) (Hu et al., 2019). La protéine de liaison à l'ADN et à l'ARN Y-box binding protein 1 (YB-1) se lie à NRF2 en réponse au stress oxydatif. L'entinostat induit l'acétylation de YB-1 et bloque sa liaison à NRF2, réduisant la synthèse de NRF2 et augmentant les niveaux de ROS dans les cellules de sarcome (El-Naggar et al., 2019).

Les sirtuines servent principalement d'antioxydants dans la signalisation redox. SIRT1, -2 et -3 préviennent tous le stress oxydatif en induisant ou en modulant la manganèse superoxyde dismutase (MnSOD) (Brunet et al., 2004 Wang et al., 2007). La glucose-6-phosphate déshydrogénase (G6PD) est une enzyme clé de la voie des pentoses phosphates (PPP) qui régule les niveaux de nicotinamide adénine dinucléotide phosphate (NADP)/NADPH. Le NADPH maintient le glutathion (GSH) à un état réduit, qui sert d'antagoniste pour empêcher la génération de ROS (Chen et al., 2019). En réponse au stress oxydatif, SIRT2 et SIRT3 favorisent la génération de NADPH en désacétylant et en activant G6PD et IDH2 dans le cycle PPP ou dans le cycle TCA, respectivement. Le PPP produit également du ribose-5-P, qui synthétise des nucléotides et génère du NAD + , qui à son tour prend en charge l'activité des SIRT (Schlicker et al., 2008 Wang Y. P. et al., 2014). SIRT3 active également la NADH quinone oxydoréductase (Complexe I) et les succinates déshydrogénos (Complexe II) dans la chaîne de transport d'électrons (Ahn et al., 2008 Cimen et al., 2010). De plus, dans l'espace intermembranaire mitochondrial, SIRT5 désacétyle le cytochrome c (Schlicker et al., 2008). SIRT5 est également présent dans les peroxysomes, où il désuccinyle et inhibe l'acyl-CoA oxydase 1 peroxysomale (ACOX1). Un déficit en SIRT5 dans le carcinome hépatocellulaire (CHC) augmente les dommages oxydatifs à l'ADN en élevant le H médié par ACOX12O2 production (Chen et al., 2018). En revanche, les SIRT inhibent également l'antioxydation, par exemple, SIRT2 désacétyle et supprime la peroxiredoxine (un antioxydant) dans les cellules cancéreuses du sein (Fiskus et al., 2016 Figure 3).

Figure 3. Régulation métabolique impliquée par HDAC. Les HDAC régulent le métabolisme, notamment le glycométabolisme, le métabolisme des lipides, le métabolisme des acides aminés et l'oxydoréduction.

Réponse aux dommages à l'ADN

Le DDR est un mécanisme de régulation d'une importance vitale qui protège l'ADN génomique des dommages induits par divers stimuli (Jackson et Bartek, 2009). Différents niveaux de dommages à l'ADN sont inévitablement causés par les rayonnements UV et les adduits d'ADN, qui sont produits par les ROS et les espèces réactives de l'azote (RNS), ainsi que par l'exposition à des agents chimiques (Barker et al., 2015 Roos et al., 2016 Pouget et al., 2018 Guo et al., 2020). Les cassures double brin de l'ADN (DSB) sont la forme la plus grave de dommages à l'ADN et sont réparées par l'une des deux voies suivantes : la recombinaison homologue (HR) ou la jonction terminale non homologue (NHEJ) (Scully et al., 2019). La désacétylation de H3K56 et H4K16 par HDAC1/2 est impliquée dans la médiation de la régulation dynamique de la chromatine en réponse à la NHEJ (Miller et al., 2010). Bien que l'acétylation de H4K16 atténue la liaison de la protéine de liaison p53 1 (53BP1) à H4K20me2, la monométhylation H4K16 catalysée par l'histone lysine méthyltransférase 1 euchromatique (EHMT1, également appelée GLP ou KMT1D) pourrait améliorer considérablement cette liaison (Lu X. et al., 2019). Pendant ce temps, SIRT1 redistribue aux foyers DSB pour favoriser la RH pendant le stress oxydatif (Oberdoerffer et al., 2008). La sous-unité du complexe NuRD, la protéine de liaison chromodomaine-hélicase-ADN (CHD4), a récemment été découverte pour être recrutée par SIRT6 pour remplacer l'hétérochromatine 1 (HP1) à H3K9me3 pour finalement favoriser la relaxation de la chromatine par HR (Hou et al., 2020). SIRT6 mono-ADP-ribosylates et déplace KDM2A (également appelé histone déméthylase 1A contenant le domaine JmjC, JHDM1A) de la chromatine, ce qui conduit à un dépôt de H3K9me3 dépendant de HP1&# x03B1 dans les DSB et à une répression transcriptionnelle transitoire, accompagnant le recrutement de facteurs NHEJ (Rezazadeh et al., 2020).

La DDR est contrôlée par trois kinases apparentées : l'ataxie télangiectasie mutée (ATM), l'ataxie télangiectasique mutée et apparentée à Rad3 (ATR) et les sous-unités catalytiques de la protéine kinase dépendante de l'ADN (ADN-PKcs) (Blackford et Jackson, 2017). Une fois qu'un DSB se produit, le complexe MRE11-RAD50-NBS1 (MRN) et la famille Ku sont rapidement recrutés sur les sites DSB. En tant que capteur, l'ATM est recruté sur les sites du DSB par le complexe MRN (Blackford et Jackson, 2017). L'interaction entre HDAC1 et ATM augmente la condensation de la chromatine pour empêcher la radiosensibilité en réponse aux rayonnements ionisants (Kim et al., 1999). SIRT1 se lie à la délétion dans le cancer du sein 1 (DBC1), ce qui induit l'activation de p53 (Kim et al., 2008 Zhao et al., 2008). L'ATM médie également la phosphorylation de DBC1 au niveau de la thréonine (Thr) 454, ce qui contribue aux interactions DBC1-SIRT1 lors des dommages à l'ADN (Yuan J. et al., 2012). De plus, SIRT1 désacétyle et maintient l'hypoacétylation de la protéine 1 du syndrome de rupture de Nijmegen (NBS1), qui est nécessaire pour la phosphorylation induite par les rayonnements ionisants de NBS1 et le recrutement ultérieur du complexe MRN vers les sites DSB (Yuan et al., 2007). SIRT7 se lie et désacétyle directement l'ATM, ce qui est une condition préalable à la déphosphorylation et à l'inactivation de l'ATM au stade final de la réparation de l'ADN (Tang et al., 2019). La régulation négative induite par le panobinostat de l'homologue de recombinaison méiotique 11 (MRE11) améliore la radiosensibilisation des cellules cancéreuses de la vessie en favorisant l'ubiquitination de MRE11 qui repose sur l'inhibiteur E3 régulé à la hausse de la protéine d'apoptose 2 (cIAP2) (Nicholson et al., 2017).

L'ATR et sa kinase CHK1 en aval sont également impliquées dans la réponse au stress de réplication de l'ADN. SAHA ralentit les fourches de réplication en restreignant la voie ATR (Conti et al., 2010). Suite au mécanisme conservé chez la levure, le VPA perturbe la formation de nucléofilaments d'ADN simple brin-RFA et l'activation de Mec1 (ATR chez l'homme) et Rad53 (CHK2 chez l'homme) en supprimant le recrutement de la protéine 1 du facteur de réplication A [RFA1 , la protéine de réplication A (RPA) chez l'homme] et la protéine de point de contrôle des dommages à l'ADN Ddc2/LCD1 [protéine d'interaction ATR (ATRIP) chez l'homme] aux sites de dommages à l'ADN (Robert et al., 2011). Entinostat réprime la signalisation des points de contrôle pendant le stress de réplication. Mécaniquement, HDAC1/2 supprime les kinases du cycle cellulaire WEE1 et CDK1 et induit la déphosphorylation d'ATM et CHK2 en supprimant l'expression de la sous-unité PP2A. Entinostat induit également l'incorporation incorrecte de NTP et de métabolites lors de l'induction de l'inactivation de la kinase du point de contrôle, ce qui peut entraîner une catastrophe de la mitose (Goder et al., 2018). Par conséquent, les inhibiteurs de la CHK pourraient être conçus pour empêcher cet événement de se produire. En effet, le traitement par inhibiteur de CHK1 associé à HDACi induit la mort cellulaire via une perturbation mitotique étendue dans une gamme de tumeurs solides (Lee et al., 2011).

DNA-PKcs est un autre capteur qui est recruté dans les DSB par les extrémités DSB liées au Ku (Blackford et Jackson, 2017). Dans des conditions de stress oxydatif induit par le jeûne, les SIRT agissent comme des facteurs de protection dans le DDR. Plus précisément, SIRT1 désacétyle Ku70, entraînant une dissociation de la protéine X associée Ku70-Bcl-2 (BAX) et le transport de BAX loin des mitochondries, conduisant à une résistance à l'apoptose induite par le stress (Cohen et al., 2004). SIRT3 interagit également physiquement avec Ku70 et le désacétyle pour empêcher la translocation de BAX vers les mitochondries (Sundaresan et al., 2008).

Les SIRT sont très importantes pour la réparation des dommages à l'ADN et la stabilité du génome (Tian et al., 2019 Ng et Huen, 2020). Des données récentes ont montré que SIRT6 est un nouveau capteur pour initier le DDR (Onn et al., 2020). SIRT6 désacétylée à K33 par SIRT1 entraîne la polymérisation et le dépôt de SIRT6 aux foyers γH2AX. De plus, un imitateur d'hypoacétylation SIRT6 K33R peut réparer les défauts de réparation de l'ADN dans les cellules cancéreuses déficientes en SIRT1 (Meng et al., 2020). SIRT7 est également associée à NHEJ, car une déficience en Sirt7 altère le recrutement de 53BP1 sur les sites DSB et inhibe l'efficacité de NHEJ (Vazquez et al., 2016). SIRT7 désacétyle également l'ATM pour médier l'inactivation de l'ATM dans la dernière étape de la réparation des dommages à l'ADN (Tang et al., 2019). SIRT7 agit comme une déglutarylase pour réguler la glutarylation de H4K91 (H4K91glu). Ce processus est étroitement associé au remodelage de la chromatine en réponse aux dommages à l'ADN (Bao et al., 2019). Le traitement au 5-Fluorouracile (5-FU) induit une dégradation de SIRT7 dans la voie dépendante du protéasome médiée par la protéine de liaison Tat 1 (TBP1), augmentant la radiosensibilité cellulaire en thérapie combinée (Tang M. et al., 2017).

Les poly ADP-ribose polymérases (PARP) sont essentielles à l'activation de plusieurs mécanismes de réparation en aval, notamment les cassures d'ADN simple brin (SSB), la réparation par excision de base (BER), HR et NHEJ (Pilie et al., 2019). Les SIRT et les PARP nécessitent tous NAD + pour déclencher une fonction. Cependant, PARP1 consomme du NAD + , ce qui affecte l'activité SIRT dépendante du NAD +. Ainsi, l'épuisement de PARP1 augmente la fonction catalytique des SIRT (Schreiber et al., 2006 Houtkooper et al., 2012 Imai et Guarente, 2014). Dans des conditions de stress oxydatif, SIRT6 se lie physiquement et mono-ADP-ribosylate PARP1 à K521 pour faciliter la réparation de l'ADN (Mao et al., 2011). SIRT7 est recruté sur les sites DSB d'une manière dépendante de PARP1 et catalyse la désuccinylation de H3K122, ce qui facilite la compaction de la chromatine et la réparation de l'ADN (Li et al., 2016). Sur la base de la létalité synthétique, les inhibiteurs de PARP induisent une instabilité génomique dans les cellules cancéreuses déficientes en protéine de susceptibilité au cancer du sein (BRCA1/2) (Pilie et al., 2019). L'utilisation combinée d'inhibiteurs HDAC et PARP sera probablement très bénéfique pour les patients atteints de tumeurs malignes déficientes en BRCA1/2 (Liszczak et al., 2018).

À l'exception des DSB, les cellules cancéreuses peuvent surmonter la cytotoxicité induite par les dommages à l'ADN grâce au BER, à la réparation par excision de nucléotides (NER) et à la réparation des mésappariements. Uracil-DNA N-glycosylase isoform 2 (UNG2) a un rôle dans le BER et peut être désacétylé à K78 par HDAC, augmentant la dissociation de son E3 ubiquitin-like contenant PHD et annulaire domaine 1 (UHRF1) lorsqu'il est stimulé par ROS. HDACi combiné à des agents génotoxiques entraîne une dégradation de l'UNG2, entraînant un puissant effet de mort cellulaire (Bao et al., 2020). SIRT1 interagit avec le xeroderma pigmentosum groupe A (XPA) dans le NER en désacétylant directement le XPA ou en médiant la liaison du XPA à l'ATR pour empêcher l'irradiation UV (Fan et Luo, 2010 Jarrett et al., 2018). HDAC10 est principalement impliqué dans la réparation des mésappariements de l'ADN en désacétylant l'homologue 2 de mutS (MSH2) à K73 (Radhakrishnan et al., 2015).

En outre, un certain nombre d'autres modifications d'histones sont également activement impliquées dans ces voies de réparation de l'ADN, mais dépassent le cadre de cette revue (Cao et al., 2016 Kim J. J. et al., 2019 Li Z. et al., 2019). Autant dire que les multiples sites d'acétylation H3 et H4 ne sont pas absolument liés à l'activation des points de contrôle car la conversion de la lysine en d'autres acides aminés peut toujours activer les points de contrôle (Robert et al., 2011).

Cycle cellulaire

La dérégulation du cycle cellulaire est une caractéristique centrale de l'oncogenèse en tant que telle, les régulateurs du cycle cellulaire sont considérés comme des cibles prometteuses pour le traitement du cancer. Les HDAC sont souvent impliqués dans les points de contrôle du cycle cellulaire. La désacétylation médiée par HDAC3 de la cycline A affecte la progression de la phase S et des transitions G2/M (Bhaskara et al., 2008, 2010). La déplétion en HDAC10 induit l'arrêt de la transition G2-M via la régulation de la cycline A2. Mécaniquement, la déplétion en HDAC10 induit la régulation négative du groupe à haute mobilité AT hook 2 (HMGA2), ce qui conduit à l'enrichissement du facteur de transcription E4F 1 (un répresseur de la cycline A2) au niveau du promoteur de la cycline A2 et de l'arrêt G2-M (Li et al., 2015 ). En ce qui concerne les thérapies combinées, l'inhibiteur de CDK9, le dinaciclib et le panobinostat, induisent ensemble l'apoptose à court terme dans la leucémie myéloïde aiguë (LAM) induite par MLL-AF9 (Baker et al., 2016). L'inhibiteur hybride émergent Roxyl-zhc-84, qui inhibe de manière concordante les HDAC et les CDK, induit l'arrêt de la phase G1 et l'apoptose dans les cellules cancéreuses de l'ovaire et du sein (Huang et al., 2018c).

Le point de contrôle d'assemblage de broche (SAC) est impliqué dans la régulation de la mitose. Le bourgeonnement non inhibé par le benzymidazol related-1 (BubR1), un composant du SAC, doit être désacétylé par HDAC2/3 pour initier la sortie mitotique (Park et al., 2017). HDAC3 induit l'activation des SAC et la dissociation des chromatides sœurs (Eot-Houllier et al., 2008). SIRT2 est fortement associée à la sortie de la mitose (Dryden et al., 2003). SIRT2 régule le complexe/cyclosome favorisant l'anaphase (APC/C) en désacétylant ses cofacteurs, la protéine 20 du cycle de division cellulaire (CDC20) et l'homologue 1 du CDC20 (CDH1), qui sont tous deux nécessaires à la sortie de la mitose et à la ségrégation des chromosomes (Kim et al ., 2011). SIRT2 désacétyle également la α-tubuline à K40 pour favoriser la mobilité cellulaire (North et al., 2003). L'inhibiteur de SIRT2 SirReal2 induit une hyperacétylation de la tubuline et une déstabilisation de BubR1 (Rumpf et al., 2015). HDAC5 induit la transcription de la mitose kinase Aurora A, en réprimant l'expression de la ligase E3 NEDD4 (Sun et al., 2014). La combinaison de l'inhibiteur de la kinase Aurora A alisertib avec la romidepsine provoque une cytotoxicité dose-dépendante des cellules de lymphome (Zullo et al., 2015).

p21 Cip/Waf1 est un inhibiteur de kinase cycline-dépendante (CKI). HDACi induit l'expression de p21 en réactivant l'hyperacétylation de H3 et H4 dans sa région promotrice (Richon et al., 2000). De plus, le depsipeptide induit la phosphorylation de p53 à Thr 18, ce qui est une exigence pour l'acétylation de p53 ultérieure à K373/382 et l'activation de p21 (Wang et al., 2012). Dans le cancer du foie, l'inhibiteur sélectif de HDAC8 PCI-34051 peut induire l'expression de p21 et l'arrêt du cycle cellulaire en phase G2-M (Tian et al., 2015). Néanmoins, p21 et p16 sont activés par HDACi de manière indépendante de p53 (Yoshida et Horinouchi, 1999). À savoir, SIRT7 module indirectement l'arrêt du cycle cellulaire médié par p21 en élevant l'activité de p53. SIRT7 se lie physiquement et désacétyle le facteur associé à P300/CBP (PCAF) à K720, et cette interaction est renforcée dans des conditions de privation de glucose. En conséquence, la liaison de PCAF à MDM2 est favorisée, entraînant un déclenchement de la dégradation de MDM2 via la voie du protéasome ubiquitine-dépendante (Lu Y. F. et al., 2020). Enfin, dans les lymphomes p21-KO, p27 Kip1 (CDKN1B) fonctionne de manière indépendante de p21 pour induire un arrêt du cycle cellulaire après un traitement au SAHA (Newbold et al., 2014).

Apoptose

L'apoptose est une voie de mort cellulaire physiologiquement programmée qui est essentielle pour le maintien de l'homéostasie de l'organisme. L'apoptose est contrôlée par la famille de protéines du lymphome à cellules B 2 (Bcl-2), qui comprend à la fois des protéines pro-survie et pro-apoptotique qui contrôlent le destin cellulaire (Singh et al., 2019).

En ce qui concerne la voie apoptotique intrinsèque, le médiateur de la mort cellulaire interagissant Bcl-2 (Bim), une protéine pro-apoptotique d'homologie Bcl-2 uniquement 3 (BH3), est régulé à la hausse par le depsipeptide via l'acétylation FoxO1 (Yang et al., 2009). Le panobinostat élève l'expression du facteur de transcription Sry-box 7 (SOX7) et supprime la prolifération des cellules cancéreuses du poumon. Mécaniquement, SOX7 déclenche l'apoptose en empêchant Bim de se dégrader par le protéasome (Sun et al., 2019). La forme tronquée N-terminale de p63, ΔNp63, appartient à la famille p53, mais agit comme une oncoprotéine. Dans le carcinome épidermoïde, HDAC1 et HDAC2 forment un complexe avec ΔNp63 pour supprimer l'expression du gène pro-apoptotique tel que modulateur de l'apoptose régulé positivement par p53 (PUMA) (Ramsey et al., 2011).

Le traitement par les inhibiteurs de l'histone désacétylase affecte également les membres anti-apoptotiques de la famille Bcl-2. Plus précisément, le depsipeptide induit l'apoptose en diminuant l'expression des facteurs de survie Bcl-2 et du lymphome à cellules B extra-large (Bcl-xL) (Adams et Eischen, 2016 Adams et al., 2016). Le ricolinostat, inhibiteur sélectif de HDAC6, exerce des effets anti-lymphome prononcés à la fois seul et en combinaison avec l'agent alkylant bendamustine, en altérant l'activation des caspases 8, -9, -3 et de la famille Bcl-2 (Cosenza et al., 2017 ). La leucémie à cellules myéloïdes 1 (Mcl-1) est une protéine anti-apoptotique liée à E3 qui est impliquée dans l'arrêt mitotique (Senft et al., 2018). La phosphorylation de Mcl-1 induite par HDACi favorise probablement l'apoptose, tandis que le mutant Mcl-1 phosphorylé résiste à HDACi en se liant aux protéines pro-apoptotiques BH3 uniquement (Tong et al., 2018).

p53 est un activateur crucial de l'apoptose. HDAC1-3 régulent tous à la baisse l'activité de p53, qui réprime l'activation médiée par p53 du gène pro-apoptotique BAX (Juan et al., 2000). L'acétylation de p53 à K120 régule positivement le facteur d'activation de la peptidase apoptotique 1 (Apaf-1) dans les mitochondries (Yun et al., 2016). Sous stress génotoxique, HDAC5 désacétyle p53 à K120, ce qui active les gènes cibles pro-apoptotiques (Sen et al., 2013). De plus, HDAC6 désacétyle directement p53 à K120, ce qui est nécessaire pour l'apoptose induite par p53 dans les tumeurs présentant des mutations du domaine d'interaction riche en AT 1A (ARID1A) (Bitler et al., 2017).

En résumé, HDACi favorise l'apoptose via la voie mitochondriale intrinsèque, diminuant l'expression de facteurs anti-apoptotiques clés (par exemple, Mcl-1, Bcl-2 et Bcl-xL) et/ou augmentant l'expression de protéines pro-apoptotiques ( ex. BAX, Bim, Noxa et PUMA). HDACi facilite également l'activation de voies apoptotiques extrinsèques, telles que TRAIL (Nebbioso et al., 2017), entraînant la polarisation de la membrane externe mitochondriale (MOMP) et finalement la mort cellulaire induite par la caspase.

Système de dégradation

La modulation de la dégradation des protéines est d'une importance critique pour la fonction cellulaire. La dégradation des protéines se produit via deux voies principales : la voie du protéasome dépendante de l'ubiquitine et le système d'autophagie.

Autophagie

L'autophagie est un processus de dégradation par lequel les autophagosomes engloutissent et recyclent les sources de nutriments en réponse aux demandes énergétiques et au renouvellement des organites (Mizushima et al., 2008 Mizushima, 2018). L'autophagie peut être efficacement promue par les HDAC. Par exemple, l'épuisement de HDAC10 perturbe le flux d'autophagie par une augmentation de LC3-II/I et l'accumulation de p62 et d'organites vésiculaires acides. L'inhibition de HDAC10 entraîne une sensibilité accrue aux réactifs cytotoxiques (Oehme et al., 2013). Sirt1 forme également des complexes avec la protéine 5 liée à l'autophagie (ATG5), ATG7 et ATG8 pour favoriser l'autophagie, les organites des souris Sirt1 –/– étant nettement endommagés (Lee et al., 2008). L'inhibiteur de SIRT1 et -2 tenovin-6 active p53 et semble être un régulateur spécifique de l'acétylation mitochondriale (Lain et al., 2008 Scholz et al., 2015). Tenovin-6 supprime les cellules du sarcome d'Ewing en régulant la voie de signalisation NOTCH (Ban et al., 2014) et perturbe le flux autophagique dans les cellules de leucémie lymphoïde chronique (LLC) et les cellules de sarcome des tissus mous pédiatriques (Yuan et al., 2017). Cependant, les HDAC interrompent également l'autophagie, et divers HDACi induisent la mort des cellules cancéreuses en favorisant l'autophagie. Dans les cellules HDAC10-KO HeLa, l'autophagie médiée par chaperon (CMA) au lieu de la macroautophagie est activée par l'accumulation de lysosomes positifs à la protéine associée aux lysosomes de type 2A (LAMP2A) et la dégradation du substrat CMA glycéraldéhyde-3-phosphate déshydrogénase (GAPDH) (Obayashi et al., 2020). En réponse à la privation de sérum ou au stress oxydatif, l'inhibition de SIRT2 induit la localisation de FoxO1 acétylé dans le cytoplasme, accélérant l'autophagie par interaction avec ATG7 (Zhao et al., 2010). Dans des conditions riches en nutriments, FoxK1/2 se lie au complexe HDAC et limite le flux autophagique par le biais de la répression transcriptionnelle du gène de l'autophagie (Bowman et al., 2014). Sous condition de privation de nutriments, l'inhibition de la voie AKT sérine/thréonine kinase facilite l'importation nucléaire de FoxO3, qui remplace de manière compétitive FoxK pour lier les promoteurs de gènes associés à l'autophagie et la régulation à la hausse de l'autophagie (Brunet et al., 1999 Bowman et al., 2014 ). De plus, le VPA active l'autophagie en bloquant la régulation médiée par HDAC1 de la voie AKT (Sun et al., 2020). La cible mammifère capteur de nutriments de la rapamycine (mTOR) module négativement en aval la kinase 1 d'activation de l'autophagie de type Unc-51 (ULK1) qui est impliquée dans la voie autophagique non transcriptionnelle. SAHA induit la suppression de mTOR, qui active finalement l'autophagie en régulant positivement ULK1 (Gammoh et al., 2012). Il convient de noter que l'autophagie induite par la SAHA semble servir de mécanisme de survie pour améliorer l'apoptose induite par la SAHA en régulant à la baisse les facteurs apoptotiques (Gammoh et al., 2012). Le VPA induit également la dégradation de Sae2 [C-terminal-binding protein interacting protein (CtIP) in human] d'une manière liée à l'autophagie pour altérer la réparation de l'ADN médiée par les RH (Robert et al., 2011). En tant que tel, il semble que l'autophagie joue un double rôle dans la réparation des dommages à l'ADN, en fonction de l'état des cellules ou du degré de dommage à l'ADN (Guo et Zhao, 2020).

Dégradation dépendante du protéasome

En plus de l'autophagie, la dégradation dépendante du protéasome est également critique pour la fonction cellulaire. Les HDAC ciblent divers E3 pour affecter la fonction cellulaire basale. Par exemple, le panobinostat régule positivement l'E3 cIAP2 qui provoque l'ubiquitination et la dégradation protéasomale de MRE11, augmentant la sensibilité cellulaire à la radiochimiothérapie (Nicholson et al., 2017). HDAC6 module également la formation d'agresseurs et la clairance des protéines polyubiquitinées et mal repliées (Kawaguchi et al., 2003). En termes de développement thérapeutique, la suppression de la voie agressive entraîne l'accumulation de protéines mal repliées, provoquant des dommages à l'ADN associés à l'autophagie et l'apoptose des cellules cancéreuses (Rodriguez-Gonzalez et al., 2008). Les inhibiteurs du protéasome (IP), tels que le bortézomib (BTZ) approuvé par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, jouent un rôle similaire dans la prévention de la dégradation des protéines mal repliées de la polyubiquitine, ce qui augmente la production de ROS et perturbe la réparation de l'ADN dans la tumeur. cellules (Perez-Galan et al., 2006). Cependant, un traitement à long terme par BTZ entraîne une résistance aux médicaments chez la plupart des patients. De faibles concentrations de HDACi combinées au BTZ peuvent réguler à la baisse les protéines anti-apoptotiques et réguler à la hausse les protéines pro-apoptotiques, accélérant ainsi la mort cellulaire (Dai et al., 2008 Wang J. et al., 2019). La combinaison de la tubacine, inhibiteur sélectif de HDAC6, avec la BTZ induit une activité anti-tumorale significative déclenchant la signalisation c-Jun NH2-terminal kinase (JNK)-caspase et le stress du réticulum endoplasmique (RE) (Hideshima et al., 2005 Nawrocki et al., 2006) . Un autre inhibiteur de HDAC6, le WT161, favorise l'accumulation de tubuline acétylée et surmonte la résistance au BTZ pour favoriser la mort cellulaire du myélome multiple (MM) (Hideshima et al., 2016). Le RTS-V5, un double inhibiteur qui cible HDAC6 et la sous-unité 20S du protéasome, possède également une activité antitumorale puissante et sélective dans la leucémie et les lignées cellulaires MM (Bhatia et al., 2018).

Transition épithéliale-mésenchymateuse, cellules souches cancéreuses et sénescence

La transition épithéliale-mésenchymateuse (EMT) est caractérisée par la perte des connexions intercellulaires étroites normalement trouvées dans les cellules épithéliales qui subissent ensuite un réarrangement du cytosquelette et adoptent le phénotype cellulaire mésenchymateux, qui est associé à la migration. Notamment, la migration et l'invasion des cellules cancéreuses sont favorisées par une série de facteurs associés à l'EMT (tels que SNAIL, ZEB, SLUG et TWIST) (Kim K. K. et al., 2018). Ces facteurs induisent des propriétés de cellules souches liées à l'EMT et favorisent la tumorigenèse via les PTM (Mani et al., 2008 Tam et Weinberg, 2013 Ye et al., 2015 Dai et al., 2020). La S-nitrosylation de HDAC2 est régulée par l'oxyde nitrique synthase endothéliale (eNOS) qui est une enzyme cruciale pour la synthèse du NO, permettant la réactivation de ZEB1 (Cencioni et al., 2018). Au cours de l'hypoxie, HDAC3 est essentiel pour l'activation de l'expression des gènes mésenchymateux par l'interaction avec le domaine de répétition WD 5 (WDR5) (Wu et al., 2011). La voie de signalisation du facteur de croissance transformant-β (TGF-β)-SMAD est la voie de stimulation EMT la plus importante. HDAC6 a également un rôle essentiel dans l'EMT en activant SMAD3 (Shan et al., 2008). SMAD3 et -4 induisent SIRT7 répression transcriptionnelle en formant un complexe avec HDAC8. L'inhibition de HDAC8 supprime de manière significative la signalisation TGF-β via l'axe SMAD-SIRT7 et, par conséquent, atténue les métastases pulmonaires du cancer du sein (Tang et al., 2020). La classe I HDACi 4SC-202 atténue notamment l'EMT induite par le TGF (Mishra et al., 2017). En revanche, HDAC10 présente un rôle potentiel de TSG en régulant à la baisse le facteur de transcription Sry-box 9 (SOX9) dans l'adénocarcinome pulmonaire induit par KRAS. De plus, le déficit en HDAC10 entraîne l'activation de la voie TGF-β, conduisant à l'induction de la croissance tumorale de type tige exprimant SOX9 et KRAS (Li et al., 2020). Les fibroblastes associés au cancer (CAF) sécrètent une matrice extracellulaire (MEC) qui aide à la progression et à l'invasion tumorale. Scriptaid, un inhibiteur sélectif de HDAC1, 𢄣 et 𢄨, réprime le CAF médié par le TGF-β en inhibant la sécrétion d'ECM et l'invasion cellulaire (Kim D. J. et al., 2018). Il est à noter que l'E-cadhérine inhibe l'EMT, donc une expression réduite de l'E-cadhérine indique que la "stémité" augmente dans les cellules cancéreuses. L'HDAC et le double inhibiteur JMF3086 de la 3-hydroxy-3-méthylglutaryl coenzyme A réductase (HMGR) restaurent l'expression de la E-cadhérine et atténuent l'expression et la tige de la vimentine dans le NSCLC, ce qui rétablit la sensibilité au géfitinib qui est un récepteur du facteur de croissance épidermique (EFGR) tyrosine kinase inhibiteur (TKI) (Weng et al., 2019).

Les cellules souches cancéreuses sont difficiles à éradiquer et sujettes à la résistance aux médicaments. HDAC3 interagit avec p53 et forme des complexes avec les antigènes tumoraux de la famille des antigènes du mélanome A2 (MAGE-A2), établissant la résistance des cellules de mélanome aux agents chimiothérapeutiques (Monte et al., 2006). Dans les leucémies réfractaires et récurrentes, l'inhibiteur sélectif de HDAC8 restaure de manière significative l'acétylation et l'activité de p53, induisant l'apoptose des cellules AML mais pas des cellules souches hématopoïétiques normales (Qi et al., 2015). De plus, l'inhibition de SIRT1 augmente l'efficacité du mésylate d'imatinib BCR-ABL TKI pour éliminer les cellules souches leucémiques quiescentes en réactivant p53 (Li et al., 2012).

Les sirtuines sont également étroitement impliquées dans l'expression des oncogènes liée au vieillissement. Les deux SIRT6 et SIRT7 modulent l'expression et la rétrotransposition des éléments 1 intercalés longuement (LINE-1, L1). SIRT6 mono-ADP-ribosyle la protéine 1 associée au domaine de boîte associée à Krüppel (KAP1/TRIM28) et facilite l'interaction de KAP1 avec HP1α, entraînant l'empaquetage des éléments L1 dans l'hétérochromatine. SIRT7 se lie directement aux éléments L1 et favorise l'association des séquences L1 avec la protéine de la lame nucléaire (Lamin A/C) en désacétylant H3K18 (Van Meter et al., 2014 Vazquez et al., 2019). Ces fonctions répressives de L1 mettent en évidence les rôles protecteurs des SIRT sur la stabilité du génome en empêchant les événements de rétrotransposition. Les déficits en SIRT6 et SIRT7 entraînent une activation aberrante de l'hétérochromatine et de L1, en particulier dans les maladies liées à l'âge. Les inhibiteurs nucléosidiques de la transcriptase inverse peuvent inverser une déficience en SIRT6 et SIRT7 en régulant positivement différentes signalisations immunitaires, telles que la voie IFN de type I et la voie GMP-AMP synthase cyclique (cGAS)-stimulateur des gènes de l'interféron (STING), respectivement (Simon et al. , 2019 Bi et al., 2020 Figure 4).

Figure 4. Vue d'ensemble des fonctions biologiques et des cibles thérapeutiques impliquées par HDAC. Un aperçu des fonctions biologiques impliquées dans HDAC, y compris la transcription, le métabolisme, le stress oxydatif, l'oxydoréduction, la dégradation des protéines, le cycle cellulaire, la réparation des dommages à l'ADN, l'apoptose, l'angiogenèse, l'EMT, l'immunité et la souche. Là, diverses fonctions pourraient établir des cibles thérapeutiques uniques ou synergiques.


Contenu

Les nucléosomes sont des portions d'ADN double brin (ADNdb) qui sont enroulées autour de complexes protéiques appelés noyaux d'histones. Ces noyaux d'histones sont composés de 8 sous-unités, deux chacune d'histones H2A, H2B, H3 et H4. Ce complexe protéique forme une forme cylindrique que l'ADNdb enveloppe avec environ 147 paires de bases. Les nucléosomes sont formés comme une étape de départ pour le compactage de l'ADN qui contribue également au soutien structurel ainsi qu'à des rôles fonctionnels. [2] Ces rôles fonctionnels sont contribués par les queues des sous-unités d'histone. Les queues d'histone s'insèrent dans les petits sillons de l'ADN et s'étendent à travers la double hélice [1], ce qui les laisse ouvertes aux modifications impliquées dans l'activation transcriptionnelle. [3] L'acétylation a été étroitement associée à des augmentations de l'activation transcriptionnelle tandis que la désacétylation a été liée à la désactivation transcriptionnelle. Ces réactions surviennent après la traduction et sont réversibles. [3]

Le mécanisme d'acétylation et de désacétylation a lieu sur les groupes NH3+ des résidus d'acides aminés de la lysine. Ces résidus sont situés sur les queues des histones qui constituent le nucléosome de l'ADNdb emballé. Le processus est facilité par des facteurs connus sous le nom d'histone acétyltransférases (HAT). Les molécules HAT facilitent le transfert d'un groupe acétyle d'une molécule d'acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA) au groupe NH3+ sur la lysine. Lorsqu'une lysine doit être désacétylée, des facteurs connus sous le nom d'histone désacétylases (HDAC) catalysent l'élimination du groupe acétyle avec une molécule de H2O. [3] [4]

L'acétylation a pour effet de changer la charge globale de la queue d'histone de positive à neutre. La formation de nucléosomes dépend des charges positives des histones H4 et de la charge négative à la surface des domaines de repliement des histones H2A. L'acétylation des queues d'histone perturbe cette association, conduisant à une liaison plus faible des composants nucléosomiques. [1] En faisant cela, l'ADN est plus accessible et conduit à plus de facteurs de transcription pouvant atteindre l'ADN. Ainsi, l'acétylation des histones est connue pour augmenter l'expression des gènes par l'activation de la transcription. La désacétylation effectuée par les molécules HDAC a l'effet inverse. En désacétylant les queues d'histone, l'ADN devient plus étroitement enroulé autour des noyaux d'histone, ce qui rend plus difficile la liaison des facteurs de transcription à l'ADN. Cela conduit à une diminution des niveaux d'expression des gènes et est connu sous le nom de silençage génique. [5] [6] [7]

Les histones acétylées, les noyaux protéiques octomériques des nucléosomes, représentent un type de marqueur épigénétique au sein de la chromatine. Des études ont montré qu'une modification a tendance à influencer si une autre modification aura lieu. Les modifications des histones peuvent non seulement provoquer des changements structurels secondaires à leurs points spécifiques, mais peuvent également provoquer de nombreux changements structurels dans des endroits éloignés, ce qui affecte inévitablement la fonction. [8] Au fur et à mesure que le chromosome est répliqué, les modifications qui existent sur les chromosomes parentaux sont transmises aux chromosomes filles. Les modifications, dans le cadre de leur fonction, peuvent recruter des enzymes pour leur fonction particulière et peuvent contribuer à la poursuite des modifications et de leurs effets après la réplication. [1] Il a été démontré que, même après une réplication, l'expression des gènes peut encore être affectée de nombreuses générations cellulaires plus tard. Une étude a montré que, lors de l'inhibition des enzymes HDAC par la trichostatine A, les gènes insérés à côté de l'hétérochromatine centrée montraient une expression accrue. De nombreuses générations cellulaires plus tard, en l'absence de l'inhibiteur, l'expression génique accrue était toujours exprimée, montrant que des modifications peuvent être effectuées par de nombreux processus de réplication tels que la mitose et la méiose. [8]

Histone acétyltransférase (HAT) Modifier

Les histones acétyltransférases, également appelées HAT, sont une famille d'enzymes qui acétylent les queues d'histone du nucléosome. Ceci, et d'autres modifications, sont exprimés sur la base des différents états de l'environnement cellulaire. [2] De nombreuses protéines dotées de capacités d'acétylation ont été documentées et, après un certain temps, ont été classées en fonction des similitudes de séquence entre elles. Ces similitudes sont élevées parmi les membres d'une famille, mais les membres de différentes familles présentent très peu de ressemblance. [9] Certaines des grandes familles identifiées jusqu'à présent sont les suivantes.

Famille GNAT Modifier

Les N-acétyltransférases (GNAT) apparentées au contrôle général 5 (Gcn5) sont l'une des nombreuses familles étudiées ayant des capacités d'acétylation. [10] Cette superfamille comprend les facteurs Gcn5 qui sont inclus dans les complexes SAGA, SLIK, STAGA, ADA et A2, Gcn5L, le facteur associé à la protéine p300/CREB (PCAF), Elp3, HPA2 et HAT1. [10] [11] Les principales caractéristiques de la famille GNAT incluent des domaines HAT d'environ 160 résidus de longueur et un bromodomaine conservé qui s'est avéré être un motif de ciblage acétyl-lysine. [9] Il a été démontré que Gcn5 acétyle des substrats lorsqu'il fait partie d'un complexe. [11] Recombinant Gcn5 s'est avéré impliqué dans l'acétylation des histones H3 du nucléosome. [2] [11] Dans une moindre mesure, il s'est avéré qu'il acétyle également les histones H2B et H4 lorsqu'il est impliqué avec d'autres complexes. [2] [3] [11] Le PCAF a la capacité d'agir comme une protéine HAT et d'acétyler des histones, il peut acétyler des protéines non histones liées à la transcription, ainsi qu'agir comme coactivateur dans de nombreux processus, notamment la myogenèse, le récepteur nucléaire -activation médiée et activation signalée par le facteur de croissance. Elp3 a la capacité d'acétyler toutes les sous-unités d'histone et montre également une implication dans l'holoenzyme ARN polymérase II. [2]

Famille MYST Modifier

MOZ (Monocytic Leukemia Zinc Finger Protein), Ybf2/Sas3, Sas2 et Tip60 (Tat Interacting Protein) constituent tous MYST, une autre famille bien connue qui présente des capacités d'acétylation. Cette famille comprend Sas3, l'acétyltransférase essentielle liée au SAS (Esa1), Sas2, Tip60, MOF, MOZ, MORF et HBO1. Les membres de cette famille ont de multiples fonctions, non seulement avec l'activation et le silence des gènes, mais affectent également le développement et ont des implications dans les maladies humaines. [11] Sas2 et Sas3 sont impliqués dans l'extinction de la transcription, MOZ et TIF2 sont impliqués dans la formation de produits de transclocation leucémique tandis que MOF est impliqué dans la compensation de la dose chez la drosophile. Le MOF influence également la spermatogenèse chez la souris car il est impliqué dans l'expansion de la phosphorylation de H2AX au cours des stades leptotène à pachytène de la méiose. [12] Les domaines HAT pour cette famille sont d'environ 250 résidus qui comprennent des domaines de liaison au zinc riches en cystéine ainsi que des chromodomaines N-terminaux. Les protéines MYST Esa1, Sas2 et Sas3 se trouvent dans la levure, MOF se trouve chez la drosophile et les souris tandis que Tip60, MOZ, MORF et HBO1 se trouvent chez l'homme.[9] Tip60 joue un rôle dans la régulation de la transcription des gènes, HBO a un impact sur le processus de réplication de l'ADN, MORF est capable d'acétyler les histones libres (en particulier H3 et H4) ainsi que les histones nucléosomiques. [2]

Famille p300/CBP Modifier

La protéine adénovirale associée à E1A de 300 kDa (p300) et la protéine de liaison CREB (CBP) constituent la prochaine famille de THA. [10] Cette famille de HAT contient des domaines HAT longs d'environ 500 résidus et contenant des bromodomaines ainsi que trois domaines riches en cystéine-histidine qui aident aux interactions protéiques. [9] Ces HAT sont connus pour acétyler toutes les sous-unités d'histone dans le nucléosome. Ils ont également la capacité d'acétyler et de médier des protéines non histones impliquées dans la transcription et sont également impliqués dans le cycle cellulaire, la différenciation et l'apoptose. [2]

Autres HAT Modifier

Il existe d'autres protéines qui ont des capacités d'acétylation mais diffèrent par leur structure des familles mentionnées précédemment. Un HAT est appelé steroid receptor coactivateur 1 (SRC1), qui a un domaine HAT situé à l'extrémité C-terminale de la protéine avec une hélice de base-boucle-hélice et des domaines PAS A et PAS B avec un motif d'interaction avec le récepteur LXXLL dans le milieu. Un autre est l'ATF-2 qui contient un domaine d'activation transcriptionnelle (ACT) et un domaine de liaison à l'ADN à glissière basique (bZip) avec un domaine HAT entre les deux. Le dernier est TAFII250 qui a un domaine Kinase dans la région N-terminale, deux bromodomaines situés dans la région C-terminale et un domaine HAT situé entre les deux. [13]

Histone désacétylase (HDAC) Modifier

Il existe un total de quatre classes qui catégorisent les histones désacétylases (HDAC). La classe I comprend les HDAC 1, 2, 3 et 8. La classe II est divisée en deux sous-groupes, la classe IIA et la classe IIB. La classe IIA comprend les HDAC 4, 5, 7 et 9 tandis que la classe IIB comprend les HDAC 6 et 10. La classe III contient les Sirtuins et la classe IV ne contient que le HDAC11. [5] [6] Les classes de protéines HDAC sont divisées et regroupées sur la base de la comparaison avec les homologies de séquences de Rpd3, Hos1 et Hos2 pour les HDAC de classe I, HDA1 et Hos3 pour les HDAC de classe II et les sirtuines pour les HDAC de classe III. [6]

HDAC de classe I Modifier

HDAC1 & amp HDAC2 Modifier

HDAC1 et HDAC2 sont dans la première classe des HDAC les plus étroitement liés les uns aux autres. [5] [6] En analysant les séquences globales des deux HDAC, leur similitude s'est avérée être approximativement 82% homologue. [5] Ces enzymes se sont révélées inactives lorsqu'elles sont isolées, ce qui a conduit à la conclusion qu'elles doivent être incorporées avec des cofacteurs afin d'activer leurs capacités de désacétylase. [5] Il existe trois complexes protéiques majeurs dans lesquels HDAC 1 & 2 peuvent s'incorporer. Ces complexes comprennent Sin3 (du nom de sa protéine caractéristique mSin3A), le complexe de remodelage et de désacétylation des nucléosomes (NuRD) et Co-REST. [5] [6] Le complexe Sin3 et le complexe NuRD contiennent tous deux les HDAC 1 et 2, la protéine Rb-associée 48 (RbAp48) et RbAp46 qui constituent le noyau de chaque complexe. [2] [6] D'autres complexes peuvent être nécessaires cependant afin d'initier la quantité maximale d'activité disponible possible. Les HDAC 1 et 2 peuvent également se lier directement aux protéines de liaison à l'ADN telles que Yin et Yang 1 (YY1), la protéine de liaison Rb 1 et Sp1. [5] Il a été découvert que les HDAC 1 et 2 expriment des rôles régulateurs dans les gènes clés du cycle cellulaire, y compris p21. [6]

L'activité de ces HDAC peut être affectée par la phosphorylation. Une quantité accrue de phosphorylation (hyperphosphorylation) entraîne une augmentation de l'activité de la désacétylase, mais dégrade la formation de complexes entre les HDAC 1 et 2 et entre HDAC1 et mSin3A/YY1. Une quantité inférieure à la normale de phosphorylation (hypophosphorylation) entraîne une diminution de la quantité d'activité de la désacétylase, mais augmente la quantité de formation de complexes. Des études de mutation ont montré qu'une phosphorylation majeure se produit au niveau des résidus Ser 421 et Ser 423 . En effet, lorsque ces résidus ont été mutés, une réduction drastique a été observée dans la quantité d'activité de désacétylation. [5] Cette différence dans l'état de phosphorylation est un moyen de maintenir un niveau optimal de phosphorylation pour s'assurer qu'il n'y a pas de sur ou sous-expression de désacétylation. Les HDAC 1 et 2 n'ont été trouvés qu'exclusivement dans le noyau. [2] [6] Chez les souris HDAC1 knock-out (KO), les souris mouraient au cours de l'embryogenèse et présentaient une réduction drastique de la production mais une expression accrue des inhibiteurs de la kinase cycline-dépendante (CDKI) p21 et p27. Même une régulation à la hausse des autres HDAC de classe I ne pourrait pas compenser la perte de HDAC1. Cette incapacité à récupérer de HDAC1 KO conduit les chercheurs à croire qu'il existe à la fois une unicité fonctionnelle à chaque HDAC ainsi qu'une interférence réglementaire entre les facteurs. [6]

HDAC3 Modifier

HDAC3 s'est avéré être le plus étroitement lié à HDAC8. HDAC3 contient une région non conservée dans la région C-terminale qui s'est avérée nécessaire pour la répression transcriptionnelle ainsi que son activité désacétylase. Il contient également deux régions, l'une appelée signal de localisation nucléaire (NLS) ainsi qu'un signal d'exportation nucléaire (NES). Le NLS fonctionne comme un signal d'action nucléaire tandis qu'un NES fonctionne avec des HDAC qui effectuent des travaux en dehors du noyau. Une présence des deux signaux pour HDAC3 suggère qu'il se déplace entre le noyau et le cytoplasme. [5] HDAC3 s'est même avéré interagir avec la membrane plasmique. [6] Le médiateur silencieux pour les récepteurs de l'acide rétinoïque et de l'hormone thyroïdienne (SMRT) et les facteurs de co-répresseur des récepteurs nucléaires (N-CoR) doivent être utilisés par HDAC3 afin de l'activer. [5] [6] Ce faisant, il acquiert la capacité de co-précipiter avec les HDAC 4, 5 et 7. HDAC3 peut également être trouvé complexé avec la protéine liée à HDAC (HDRP). [5] Il a été découvert que les HDAC 1 et 3 médient les interactions Rb-RbAp48, ce qui suggère qu'il fonctionne dans la progression du cycle cellulaire. [5] [6] HDAC3 montre également une implication dans l'auto-renouvellement des cellules souches et un rôle indépendant de la transcription dans la mitose. [6]

HDAC8 Modifier

HDAC8 s'est avéré être le plus similaire à HDAC3. Sa principale caractéristique est son domaine catalytique qui contient une région NLS au centre. Deux transcriptions de cette HDAC ont été trouvées qui incluent une transcription de 2,0 ko et une transcription de 2,4 ko. [5] Contrairement aux autres molécules d'HDAC, une fois purifiée, cette HDAC s'est révélée être enzymatiquement active. [6] À ce stade, en raison de sa découverte récente, on ne sait pas encore s'il est régulé par des complexes protéiques co-répresseurs. Les Northern blots ont révélé que différents types de tissus présentent des degrés variables d'expression de HDAC8 [5], mais ont été observés dans les muscles lisses et pourraient contribuer à la contractilité. [6]

HDAC de classe II Modifier

Classe IIA Modifier

Les HDAC de classe IIA comprennent HDAC4, HDAC5, HDAC7 et HDAC9. Les HDAC 4 et 5 se sont avérés se ressembler le plus, tandis que HDAC7 conserve une ressemblance avec les deux. Trois variantes de HDAC9 ont été découvertes, notamment HDAC9a, HDAC9b et HDAC9c/HDRP, tandis que d'autres ont été suspectées. Les variantes de HDAC9 présentent des similitudes avec le reste des HDAC de classe IIA. Pour HDAC9, les variantes d'épissage peuvent être considérées comme un moyen de créer un « mécanisme affiné » pour les niveaux d'expression de différenciation dans la cellule. Différents types de cellules peuvent profiter et utiliser différentes isoformes de l'enzyme HDAC9 permettant différentes formes de régulation. Les HDAC 4, 5 et 7 ont leurs domaines catalytiques situés dans l'extrémité C-terminale avec une région NLS tandis que HDAC9 a son domaine catalytique situé dans l'extrémité N-terminale. Cependant, le variant HDAC9 HDAC9c/HDRP n'a pas de domaine catalytique mais présente une similitude de 50 % avec l'extrémité N-terminale des HDAC 4 et 5. [5]

Pour les HDAC 4, 5 et 7, des domaines de liaison conservés ont été découverts qui se lient à la protéine de liaison C-terminale (CtBP), au facteur d'amplification des myocytes 2 (MEF2) et 14-3-3. [5] [6] Les trois HDAC agissent pour réprimer le facteur de transcription myogénique MEF2 qui joue un rôle essentiel dans la différenciation musculaire en tant que facteur de transcription de liaison à l'ADN. La liaison des HDAC à MEF2 inhibe la différenciation musculaire, qui peut être inversée par l'action de la kinase Ca 2+/calmoduline-dépendante (CaMK) qui dissocie le complexe HDAC/MEF2 en phosphorylant la partie HDAC. [5] On a vu qu'ils étaient impliqués dans l'hypertrophie cellulaire dans la différenciation du contrôle musculaire ainsi que dans l'hypertrophie cellulaire dans les tissus musculaires et cartilagineux. [6] Il a été démontré que les HDAC 5 et 7 agissent en opposition à HDAC4 lors de la régulation de la différenciation musculaire afin de maintenir un niveau d'expression approprié. Il a été prouvé que ces HDAC interagissent également avec HDAC3 en tant que facteur de co-recrutement des facteurs SMRT/N-CoR dans le noyau. L'absence de l'enzyme HDAC3 s'est avérée entraîner une inactivité, ce qui fait croire aux chercheurs que les HDAC 4, 5 et 7 aident à l'incorporation de recruteurs de liaison à l'ADN pour les complexes HDAC contenant HDAC3 situés dans le noyau. [5] Lorsque HDAC4 est assommé chez les souris, celles-ci souffrent d'une hypertrophie prononcée des chondrocytes et meurent en raison d'une ossification extrême. Il a été démontré que HDAC7 supprime l'apoptose dépendante de Nur77. Cette interaction conduit à un rôle dans l'expansion clonale des cellules T. Il a été démontré que les souris HDAC9 KO souffrent d'hypertrophie cardiaque qui est exacerbée chez les souris doublement KO pour les HDAC 9 et 5. [6]

Classe IIB Modifier

Les HDAC de classe IIB comprennent HDAC6 et HDAC10. Ces deux HDAC sont les plus étroitement liés l'un à l'autre dans l'ordre global. Cependant, le domaine catalytique de HDAC6 est le plus similaire à HDAC9. [5] Une caractéristique unique de HDAC6 est qu'il contient deux domaines catalytiques en tandem l'un avec l'autre. [5] [6] Une autre caractéristique unique de HDAC6 est le domaine du motif à doigt de zinc (HUB) lié à HDAC6-, SP3 et Brap2 dans l'extrémité C-terminale qui montre certaines fonctions liées à l'ubiquitination, ce qui signifie que cette HDAC est sujette à la dégradation. [5] HDAC10 possède également deux domaines catalytiques. Un domaine actif est situé dans l'extrémité N-terminale et un domaine catalytique putatif est situé dans l'extrémité C-terminale [5] [6] avec un domaine NES. [5] Deux domaines putatifs de liaison à Rb ont également été trouvés sur HDAC10, ce qui montre qu'il pourrait jouer un rôle dans la régulation du cycle cellulaire. Deux variantes de HDAC10 ont été trouvées, toutes deux présentant de légères différences de longueur. HDAC6 est le seul HDAC dont il a été démontré qu'il agit sur la tubuline, agissant comme une tubuline désacétylase qui aide à réguler la motilité cellulaire dépendante des microtubules. Il se trouve principalement dans le cytoplasme, mais il est connu qu'il se trouve dans le noyau, complexé avec HDAC11. HDAC10 agit sur les HDAC 1, 2, 3 (ou SMRT), 4, 5 et 7. Certaines preuves ont montré qu'il peut également avoir de petites interactions avec HDAC6. Cela conduit les chercheurs à croire que HDAC10 peut fonctionner davantage comme un recruteur que comme un facteur de désacétylation. Cependant, les expériences menées avec HDAC10 ont effectivement montré une activité de désacétylation. [5]

HDAC de classe IV Modifier

HDAC11 Modifier

Il a été démontré que HDAC11 est apparenté aux HDAC 3 et 8, mais sa séquence globale est assez différente des autres HDAC, ce qui le place dans sa propre catégorie. [5] [6] HDAC11 a un domaine catalytique situé dans son N-terminal. Il n'a pas été trouvé incorporé dans des complexes HDAC tels que Nurd ou SMRT, ce qui signifie qu'il peut avoir une fonction spéciale qui lui est propre. Il a été constaté que HDAC11 reste principalement dans le noyau. [5]

Régulation de la transcription Modifier

La découverte de l'acétylation des histones provoquant des changements dans l'activité de transcription remonte aux travaux de Vicent Allfrey et ses collègues en 1964. l'interaction entre l'ADN et les histones. [15] La modification des histones est maintenant considérée comme un mécanisme régulateur majeur impliqué dans de nombreuses étapes différentes des fonctions génétiques. [16] Notre compréhension actuelle est que les résidus de lysine acétylés sur les queues d'histone sont associés à l'activation transcriptionnelle. À leur tour, les histones désacétylées sont associées à une répression transcriptionnelle. De plus, des corrélations négatives ont été trouvées entre plusieurs marques d'acétylation des histones. [17]

Le mécanisme de régulation est considéré comme double. La lysine est un acide aminé avec une charge positive lorsqu'elle n'est pas modifiée. Les lysines sur les queues amino-terminales des histones ont tendance à affaiblir la structure globale de la chromatine. L'ajout d'un groupe acétyle, qui porte une charge négative, supprime efficacement la charge positive et, par conséquent, réduit l'interaction entre la queue d'histone et le nucléosome. [18] Cela ouvre le nucléosome généralement très compact et permet à la machinerie de transcription d'entrer en contact avec la matrice d'ADN, conduisant à la transcription du gène. [1] : 242 La répression de la transcription des gènes est réalisée par l'inverse de ce mécanisme. Le groupe acétyle est éliminé par l'une des enzymes HDAC pendant la désacétylation, permettant aux histones d'interagir plus étroitement avec l'ADN pour former un assemblage de nucléosomes compacté. Cette augmentation de la structure rigide empêche l'incorporation de la machinerie transcriptionnelle, inhibant efficacement la transcription des gènes.

Une autre implication de l'acétylation des histones est de fournir une plate-forme pour la liaison aux protéines. En tant que modification post-traductionnelle, l'acétylation des histones peut attirer des protéines vers la chromatine allongée qui a été marquée par des groupes acétyle. Il a été émis l'hypothèse que les queues d'histone offrent des sites de reconnaissance qui attirent les protéines responsables de l'activation transcriptionnelle. [19] À la différence des protéines de noyau d'histone, les queues d'histone ne font pas partie du noyau de nucleosome et sont exposées à l'interaction de protéine. Un modèle a proposé que l'acétylation des histones H3 active la transcription des gènes en attirant d'autres complexes liés à la transcription. Par conséquent, la marque acétyle fournit un site de reconnaissance des protéines où les facteurs de transcription interagissent avec les queues d'histone acétylées via leur bromodomaine. [20]

Hypothèse du code histone Modifier

L'hypothèse du code Histone suggère l'idée que les modèles de modifications post-traductionnelles sur les histones, collectivement, peuvent diriger des fonctions cellulaires spécifiques. [21] Les modifications chimiques des protéines histones se produisent souvent sur des acides aminés particuliers. Cet ajout spécifique de modifications simples ou multiples sur les noyaux d'histones peut être interprété par des facteurs et des complexes de transcription qui conduisent à des implications fonctionnelles. Ce processus est facilité par des enzymes telles que les HAT et les HDAC qui ajoutent ou suppriment des modifications sur les histones, et des facteurs de transcription qui traitent et « lisent » les codes de modification. Le résultat peut être l'activation de la transcription ou la répression d'un gène. Par exemple, la combinaison de l'acétylation et de la phosphorylation a des effets synergiques sur le niveau global de condensation structurelle des chromosomes et, par conséquent, induit l'activation de la transcription du gène précoce immédiat. [22]

Des expériences portant sur les modèles d'acétylation des histones H4 ont suggéré que ces modèles de modification sont collectivement maintenus dans la mitose et la méiose afin de modifier l'expression des gènes à long terme. [8] Le schéma d'acétylation est régulé par les enzymes HAT et HADC et, à son tour, définit la structure locale de la chromatine. De cette façon, les modèles d'acétylation sont transmis et interconnectés avec la capacité et les fonctions de liaison aux protéines dans la génération cellulaire ultérieure.

Bromodomaine Modifier

Le bromodomaine est un motif responsable de la reconnaissance de la lysine acétylée sur les histones par les protéines de remodelage des nucléosomes. Les modifications post-traductionnelles des queues d'histone N- et C-terminales attirent divers facteurs d'initiation de la transcription qui contiennent des bromodomaines, y compris le coactivateur transcriptionnel humain PCAF, TAF1, GCN5 et CREB-binding protein (CBP), vers le promoteur et ont une importance dans la régulation de l'expression des gènes. [23] L'analyse structurale des facteurs de transcription a montré que les bromodomaines hautement conservés sont essentiels pour que la protéine se lie à la lysine acétylée. Cela suggère que l'acétylation du site d'histone spécifique a un rôle régulateur dans l'activation transcriptionnelle des gènes. [24]

Maladies inflammatoires Modifier

L'expression des gènes est régulée par l'acétylation et la désacétylation des histones, et cette régulation est également applicable aux gènes inflammatoires. Les maladies pulmonaires inflammatoires sont caractérisées par l'expression de gènes inflammatoires spécifiques tels que NF-κB et le facteur de transcription AP-1. Les traitements aux corticostéroïdes et à la théophylline pour les maladies pulmonaires inflammatoires interfèrent avec l'activité HAT/HDAC pour désactiver les gènes inflammatoires. [25]

Plus précisément, les données d'expression génique ont démontré une activité accrue de la THA et une diminution du niveau d'activité HDAC chez les patients souffrant d'asthme. [26] Les patients atteints de maladie pulmonaire obstructive chronique ont montré une diminution globale de l'activité HDAC avec des niveaux inchangés d'activité de la THA. [27] Les résultats ont montré qu'il existe un rôle important pour l'équilibre de l'activité HAT/HDAC dans les maladies pulmonaires inflammatoires et ont fourni des informations sur les cibles thérapeutiques possibles. [28]

Cancer Modifier

En raison du rôle régulateur lors de la transcription des modifications épigénétiques dans les gènes, il n'est pas surprenant que des changements dans les marqueurs épigénétiques, tels que l'acétylation, puissent contribuer au développement du cancer. L'expression et l'activité des HDAC dans les cellules tumorales sont très différentes de celles des cellules normales. Il a été démontré que la surexpression et l'augmentation de l'activité des HDAC sont caractéristiques de la tumorigenèse et des métastases, suggérant un rôle régulateur important de la désacétylation des histones sur l'expression des oncogènes. [29] L'un des exemples est le rôle de régulation de l'acétylation/désacétylation des histones dans P300 et CBP, qui contribuent tous deux à l'oncogenèse. [30]

Approuvé en 2006 par la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis, Vorinostat représente une nouvelle catégorie de médicaments anticancéreux en cours de développement. Vorinostat cible les mécanismes d'acétylation des histones et peut inhiber efficacement le remodelage anormal de la chromatine dans les cellules cancéreuses. Les cibles de Vorinostat comprennent HDAC1, HDAC2, HDAC3 et HDAC6. [31] [32]

La disponibilité des sources de carbone se reflète dans l'acétylation des histones dans le cancer. Le glucose et la glutamine sont les principales sources de carbone de la plupart des cellules de mammifères, et le métabolisme du glucose est étroitement lié à l'acétylation et à la désacétylation des histones. La disponibilité du glucose affecte le pool intracellulaire d'acétyl-CoA, un intermédiaire métabolique central qui est également le donneur d'acétyle dans l'acétylation des histones. Le glucose est converti en acétyl-CoA par le complexe pyruvate déshydrogénase (PDC), qui produit de l'acétyl-CoA à partir du pyruvate dérivé du glucose et par l'adénosine triphosphate-citrate lyase (ACLY), qui génère de l'acétyl-CoA à partir du citrate dérivé du glucose. L'activité de la PDC et de l'ACLY dépend de la disponibilité du glucose, ce qui influence ainsi l'acétylation des histones et module par conséquent l'expression des gènes et la progression du cycle cellulaire.La dérégulation de l'ACLY et de la PDC contribue à la reprogrammation métabolique et favorise le développement de plusieurs cancers. Dans le même temps, le métabolisme du glucose maintient le rapport NAD+/NADH et le NAD+ participe à la désacétylation des histones induite par la SIRT. L'activité de l'enzyme SIRT est altérée dans diverses tumeurs malignes, et l'inhibition de SIRT6, une histone désacétylase qui agit sur les H3K9 et H3K56 acétylés, favorise la tumorigenèse. SIRT7, qui désacétyle H3K18 et réprime ainsi la transcription des gènes cibles, est activé dans le cancer pour stabiliser les cellules à l'état transformé. Les nutriments semblent moduler l'activité de la SIRT. Par exemple, les acides gras à longue chaîne activent la fonction désacétylase de SIRT6, ce qui peut affecter l'acétylation des histones. [33]

Dépendance Modifier

Les modifications épigénétiques des queues d'histone dans des régions spécifiques du cerveau sont d'une importance capitale dans les dépendances, et une grande partie des travaux sur la dépendance se sont concentrés sur l'acétylation des histones. [34] [35] [36] Une fois que des modifications épigénétiques particulières se produisent, elles semblent être des "cicatrices moléculaires" durables qui peuvent expliquer la persistance des dépendances. [34] [37]

Les fumeurs de cigarettes (environ 21 % de la population américaine [38] ) sont généralement dépendants de la nicotine. [39] Après 7 jours de traitement à la nicotine des souris, l'acétylation de l'histone H3 et de l'histone H4 a augmenté au niveau du promoteur FosB dans le noyau accumbens du cerveau, provoquant une augmentation de 61 % de l'expression de FosB. [40] Cela augmenterait également l'expression de la variante d'épissage Delta FosB. Dans le noyau accumbens du cerveau, Delta FosB fonctionne comme un « commutateur moléculaire soutenu » et une « protéine de contrôle principale » dans le développement d'une dépendance. [41] [42]

Environ 7% de la population américaine est accro à l'alcool. Chez les rats exposés à l'alcool jusqu'à 5 jours, il y a eu une augmentation de l'acétylation de l'histone 3 lysine 9 dans le promoteur de la pronociceptine dans le complexe de l'amygdale cérébrale. Cette acétylation est un marqueur d'activation de la pronociceptine. Le système de récepteurs opioïdes nociceptine/nociceptine est impliqué dans les effets de renforcement ou de conditionnement de l'alcool. [43]

La dépendance à la cocaïne touche environ 0,5% de la population américaine. L'administration répétée de cocaïne chez la souris induit une hyperacétylation de l'histone 3 (H3) ou de l'histone 4 (H4) au niveau de 1 696 gènes dans une région de « récompense » du cerveau [le noyau accumbens (NAc)] et la désacétylation au niveau de 206 gènes. [44] [45] Au moins 45 gènes, montrés dans des études précédentes pour être régulés à la hausse dans le NAc de souris après une exposition chronique à la cocaïne, se sont avérés être associés à l'hyperacétylation de H3 ou H4. Bon nombre de ces gènes individuels sont directement liés aux aspects de la dépendance associés à l'exposition à la cocaïne. [45] [46]

Dans les modèles de rongeurs, de nombreux agents provoquant une dépendance, notamment les produits de la fumée de tabac, [47] l'alcool, [48] la cocaïne, [49] l'héroïne [50] et la méthamphétamine, [51] [52] provoquent des dommages à l'ADN dans le cerveau. Au cours de la réparation des dommages à l'ADN, certains événements de réparation individuels peuvent altérer les acétylations des histones sur les sites de dommages, ou provoquer d'autres altérations épigénétiques, et ainsi laisser une cicatrice épigénétique sur la chromatine. [37] De telles cicatrices épigénétiques contribuent probablement aux changements épigénétiques persistants trouvés dans les dépendances.

En 2013, 22,7 millions de personnes âgées de 12 ans ou plus avaient besoin d'un traitement pour un problème de consommation de drogues illicites ou d'alcool (8,6 % des personnes âgées de 12 ans ou plus). [38]

Autres troubles Modifier

Suggérées par l'idée que la structure de la chromatine peut être modifiée pour autoriser ou refuser l'accès des activateurs de transcription, les fonctions régulatrices de l'acétylation et de la désacétylation des histones peuvent avoir des implications avec les gènes qui causent d'autres maladies. Les études sur les modifications des histones peuvent révéler de nombreuses nouvelles cibles thérapeutiques.

Sur la base de différents modèles d'hypertrophie cardiaque, il a été démontré que le stress cardiaque peut entraîner des modifications de l'expression des gènes et altérer la fonction cardiaque. [53] Ces changements sont médiés par la signalisation de modification post-traductionnelle HATs/HDACs. L'inhibiteur de HDAC, la trichostatine A, réduit l'autophagie des cardiomyocytes induite par le stress. [54] Des études sur l'hypertrophie cardiaque liée à la protéine p300 et à la protéine CREB et à l'activité cellulaire de la THA suggèrent un rôle essentiel du statut d'acétylation des histones avec des gènes sensibles à l'hypertrophie tels que GATA4, SRF et MEF2. [55] [56] [57] [58]

Les modifications épigénétiques jouent également un rôle dans les troubles neurologiques. La dérégulation de la modification des histones est responsable d'une expression génique dérégulée et donc associée à des troubles neurologiques et psychologiques, tels que la schizophrénie [59] et la maladie de Huntington. [60] Les études actuelles indiquent que les inhibiteurs de la famille HDAC ont des avantages thérapeutiques dans un large éventail de troubles neurologiques et psychiatriques. [61] De nombreux troubles neurologiques n'affectent que des régions cérébrales spécifiques. Par conséquent, la compréhension de la spécificité des HDAC est toujours nécessaire pour des investigations plus poussées afin d'améliorer les traitements.


Conception, synthèse à plusieurs composants et activité anticancéreuse d'une bibliothèque d'inhibiteurs d'histone désacétylase focalisée (HDAC) avec des groupes de coiffes à base de peptoïdes

Dans ce travail, nous rapportons la synthèse à plusieurs composants d'une bibliothèque ciblée d'inhibiteurs d'histone désacétylase (HDAC) avec des groupes de coiffe à base de peptoïdes et différents groupes de liaison au zinc. Tous les composés synthétisés ont été testés dans un test d'inhibition cellulaire HDAC et un test MTT pour la cytotoxicité. Sur la base de leur activité remarquable dans les dosages cellulaires HDAC, quatre composés ont été davantage criblés pour leur activité inhibitrice contre les recombinants HDAC1-3, HDAC6 et HDAC8. Les quatre composés ont montré une inhibition puissante de HDAC1-3 ainsi qu'une inhibition significative de HDAC6 avec IC50 valeurs dans la plage de concentration submicromolaire. Le composé 4j, l'inhibiteur HDAC le plus puissant dans le test HDAC cellulaire, a révélé des propriétés chimiosensibilisantes remarquables et a augmenté la sensibilité au cisplatine de la lignée cellulaire de cancer de la tête et du cou résistante au cisplatine Cal27CisR de près de 7 fois. De plus, 4j a presque complètement inversé la résistance au cisplatine dans Cal27CisR. Cet effet est lié à une induction synergique de l'apoptose comme on le voit dans la combinaison de 4j avec le cisplatine.


Matériaux et méthodes

Déclaration d'éthique

Les expériences impliquant l'utilisation d'animaux de laboratoire ont été menées en stricte conformité avec les protocoles approuvés par le Comité Institucional para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio (CICUAL), Facultad de Medicina, Universidad de Buenos Aires (UBA), Argentine (protocoles "in vivo passages de parasites cestodes de Mesocestoides vogae” numéro CD N 1127/2015 et 1229/2015).

Matériel parasitaire

Les stades larvaires -tétrathyridies (TTy)- de M. vogae [34, 35] ont été maintenus au laboratoire par infection intrapéritonéale alternée de rats femelles Wistar adultes (3 mois) et de souris femelles Balb/c adultes (3 mois), comme décrit précédemment [36]. Les animaux de laboratoire ont été élevés et hébergés dans une salle à cycle lumineux à température contrôlée avec de la nourriture et de l'eau ad libitum dans les animaleries de l'Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica (IMPaM), Facultad de Medicina, Universidad de Buenos Aires (UBA)-Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICET), Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentine. Après trois mois d'infection, les souris ont été sacrifiées par CO2 inhalation. Les TTy ont été prélevés dans la cavité péritonéale en utilisant des techniques aseptiques standard et lavés trois fois avec une solution saline stérile tamponnée au phosphate (PBS) pH 7,2 avec de la lévofloxacine (20 g/mL).

Avant d'être utilisés dans des expériences, les TTy ont été sélectionnés en utilisant des mailles de polyester monofilament jusqu'à une taille finale de 150 à 250 m et incubés pendant 24 h dans 5 mL de milieu MvRPMI - un milieu RPMI 1640 modifié sans rouge de phénol (Sigma-Aldrich, USA ) complété avec 10 % v/v de sérum bovin fœtal inactivé (INTERNEGOCIOS SA, Argentine), 2,4 g/L d'acide libre HEPES (JT Baker, USA), 2,5 g/L de glucose (4,5 g/L de concentration finale, Britania, Argentine) , 2 g/L de bicarbonate de sodium (Anedra, Argentine), 20 g/mL de lévofloxacine (Tavanic, SANOFI, Argentine) et 1% v/v de Pen/Strep (Pénicilline-Streptomycine 10 000 U/mL, Gibco, USA)- à 37 °C sous 5% CO2 atmosphère.

Composés

Les inhibiteurs HDAC utilisés dans ce travail sont présentés dans le tableau S1. Les composés des séries TH et TB ont été synthétisés et purifiés comme décrit précédemment [30–32]. TH119, TH138, TH139, EG13, EG18 et EG20 ont été synthétisés et purifiés comme décrit dans la méthodologie supplémentaire (texte S1). TSA a été acheté auprès de Cell Signaling Technology (États-Unis). PZQ et ABZ ont été achetés auprès de Sigma-Aldrich (USA). Toutes les solutions mères ont été préparées à 10 mM dans 100 % de diméthylsulfoxyde (DMSO) et stockées à -20°C jusqu'à utilisation.

Tests antihelminthiques in vitro

L'effet de chaque composé sur la viabilité du parasite a été déterminé à l'aide d'un test de motilité utilisant un dispositif de suivi de vers (WMicrotracker Designplus SRL, Argentine) [37], précédemment adapté pour mesurer le mouvement de M. vogae TTy [27]. Brièvement, 5 TTy ont été incubés dans des microplaques 96 puits en U (Greiner Bio-One, Allemagne) avec 200 L de milieu MvRPMI par puits à 37°C sous 5% de CO2 atmosphère jusqu'à 9 jours, sans changer de support. Les composés ont été testés à des concentrations de 2, 20 et 50 µM. Des parasites prétraités à l'éthanol à 70 % pendant 30 min ont été utilisés comme contrôle positif. PZQ, ABZ et TSA à 20 M ont également été évalués pour être utilisés comme témoins positifs supplémentaires. Tous les tests de motilité ont été effectués en utilisant une quantité égale du véhicule médicamenteux (concentration finale de DMSO à 1 %) et des témoins négatifs correspondants (DMSO à 1 %). De plus, pour déterminer d'éventuelles altérations morphologiques sur les parasites traités avec les composés, les cultures de parasites ont été inspectées quotidiennement. Les images ont été prises à l'aide d'un microscope inversé (Primo Vert, Carl Zeiss, Allemagne) couplé à une caméra vidéo numérique (AxioCam ERc5c, Carl Zeiss, Allemagne).

Les données de criblage phénotypique ont été recueillies à partir de trois réplicats biologiques indépendants, chacun correspondant au TTy obtenu à partir d'une souris différente, en quatre exemplaires pour chaque condition. Les indices de motilité relative ont été déterminés comme décrit précédemment [27, 38]. Les analyses statistiques ont été réalisées à l'aide de GraphPad Prism 8.0.2. Des tests ANOVA à deux voies ont été utilisés pour analyser l'effet des composés sur M. vogae TTy viabilité. Des différences significatives (P < 0.05) ont été déterminées par les comparaisons post-tests de Dunnett, comparant chaque concentration de composé avec le contrôle négatif (chaque analyse chaque jour).

Évaluation de l'effet dose-dépendant

La dose-dépendante in vitro l'effet de certains composés sur la viabilité du parasite a été évalué à l'aide de la méthode M. vogae Test de motilité TTy, comme décrit ci-dessus. Brièvement, certains inhibiteurs HDAC et ABZ ont été testés à des concentrations allant de 2 M (ou 0,01 M pour l'entinostat) à 50 M (ou 20 M pour le TH65). Les indices de motilité relative ont été déterminés après 6 jours de traitement à partir de trois réplicats biologiques indépendants, chacun correspondant au TTy obtenu à partir d'une souris différente, en quatre exemplaires pour chaque condition. La demi-maximale (IC50), 90 % (IC90) et 25 % (IC25) les valeurs de concentration inhibitrice ont été déterminées à partir de courbes dose-dépendantes générées par une analyse de régression non linéaire à l'aide de GraphPad Prism 8.0.2. Des tests ANOVA à un facteur ont été utilisés pour l'analyse statistique des différences de CI50 valeurs. Des différences significatives (P < 0.05) ont été déterminées par les comparaisons post-tests de Dunnett, en comparant l'IC50 déterminé pour chaque inhibiteur d'HDAC avec le déterminé pour ABZ.

Évaluation de l'irréversibilité de l'anthelminthique in vitro effet

L'irréversibilité de l'anthelminthique in vitro l'effet de certains inhibiteurs HDAC et ABZ a été déterminé en utilisant le M. vogae Test de motilité TTy (décrit ci-dessus). En bref, les TTy ont été incubés avec les composés à leur CI respectif90 concentrations pendant 6 jours puis, le milieu de culture a été retiré et les TTy ont été doucement lavés quatre fois dans du PBS (pH 7,2) à 37°C. Enfin, les TTy ont été incubés pendant 8 jours supplémentaires dans un milieu de culture frais sans ajouter les composés. Les indices de motilité relative ont été déterminés à partir de trois réplicats biologiques indépendants, chacun correspondant au TTy obtenu à partir d'une souris différente, en quatre exemplaires pour chaque condition.

Etudes ultrastructurales par microscopie électronique à balayage

Des échantillons de M. vogae Les TTy ont été traités au microscope électronique à balayage (MEB) pour déterminer l'effet de certains inhibiteurs de HDAC sur la morphologie du tégument et du parasite au niveau ultrastructural, comme décrit précédemment [39]. Brièvement, les TTy ont été incubés avec les composés à 20 µM pendant 6 jours, puis lavés quatre fois dans du PBS (pH 7,2) et fixés avec du glutaraldéhyde 3% dans du tampon phosphate 0,1 M pH 7,4 (PB) pendant 72 h à 4°C. Les échantillons ont ensuite été lavés quatre fois dans du PB et déshydratés par des incubations séquentielles dans des concentrations croissantes d'éthanol (50 à 100 %). Enfin, les parasites ont été immergés dans de l'hexaméthyldisilazane pendant 5 min, 1 h et une nuit, puis recouverts d'or par pulvérisation cathodique (100 d'épaisseur). Les parasites incubés avec 1% de DMSO ont été utilisés comme contrôle négatif. Les échantillons ont été inspectés et des images ont été prises à l'aide d'un microscope électronique à balayage JEOL JSM-6460 LV fonctionnant à 15 kV.

Test de combinaisons de médicaments par paires

Pour évaluer l'effet sur la viabilité du parasite de toutes les combinaisons de médicaments par paires d'inhibiteurs HDAC sélectionnés et d'ABZ, un protocole simplifié et modifié de Planer et al. [40] a été utilisé. En bref, les composés ont été évalués individuellement et par paires avec ABZ, en testant chaque composé à son IC respectif25 concentration à l'aide du M. vogae Test de motilité TTy (décrit ci-dessus). Les indices de motilité relative ont été mesurés jusqu'à 9 jours de traitement à partir de trois réplicats biologiques indépendants, chacun correspondant au TTy obtenu à partir de souris individuelles, en quatre exemplaires pour chaque condition. Les indices de motilité relative mesurés pour chaque combinaison binaire de médicaments (effet mesuré de la paire) ont été comparés à l'effet prédit de la combinaison comme suit : L'effet prédit de la combinaison devait être le produit des indices de motilité relative déterminés pour chaque composé lorsque ils ont été testés seuls dans un modèle à effet additif simple [40]. Les indices d'effets proportionnels ont été calculés sur la base de l'équation suivante :


Résultats

Développement in vitro d'embryons clonés après traitement HDACi

Pour évaluer la reprogrammation génomique par HDACi après SCNT (SAHA, oxamflatine et VPA), nous avons traité des embryons clonés avec différentes concentrations de ces produits chimiques et examiné les taux de développement in vitro du stade pronucléaire au stade blastocyste à 96 h après l'activation des ovocytes. Dans le groupe traité par SAHA, les embryons clonés traités avec 1 M ont montré le score le plus élevé (70 % [76/108]), suivi de 0,1 M (60 % [68/113]) et 10 μM (54 % [60/112 ]). Ceux-ci sont significativement plus élevés que les témoins (31% [34/108]) et les embryons traités à 100 M (11% [3/27] Fig. 1A). Dans les embryons traités avec l'oxamflatine à 0,1 M et 1 M, il y avait des taux élevés de développement jusqu'au stade blastocyste (66 % [111/168] et 63 % [108/171], respectivement), mais ceux-ci n'étaient pas significativement différents par rapport à avec les groupes 0,01 M (50%, 71/143) et contrôle (47% [93/198] Fig. 1B). Cependant, dans le groupe traité au VPA, la proportion de clones se développant jusqu'au stade blastocyste n'a été améliorée à aucune concentration (0,02 mM : 39 % [24/63] 0,2 mM : 54 % [52/97] et 2 mM : 57 % [55/96], vs contrôle : 51 % [53/104] Fig. 1C), et tous les embryons sont morts lorsque 20 mM ont été utilisés (0 % [0/38]).

Effets du traitement HDACi sur le développement in vitro de souris clonées et optimisation de la concentration des HDACi. Les ovocytes clonés produits par SCNT à partir de cellules de cumulus ont été traités pendant 9 h avec différentes concentrations de SAHA (UNE), l'oxamflatine (B), ou l'acide valproïque (VPA) (C). Le taux de développement est représenté par le pourcentage de blastocystes à 96 h qui se sont développés à partir d'embryons clonés au stade pronucléaire. Les valeurs avec des exposants différents sont significativement différentes à P < 0.05.

Effets du traitement HDACi sur le développement in vitro de souris clonées et optimisation de la concentration des HDACi. Les ovocytes clonés produits par SCNT à partir de cellules de cumulus ont été traités pendant 9 h avec différentes concentrations de SAHA (UNE), l'oxamflatine (B), ou l'acide valproïque (VPA) (C). Le taux de développement est représenté par le pourcentage de blastocystes à 96 h qui se sont développés à partir d'embryons clonés au stade pronucléaire. Les valeurs avec des exposants différents sont significativement différentes à P < 0.05.

Développement à terme d'embryons clonés par SCNT après un traitement au SAHA ou à l'oxamflatine

Pour tester si le traitement au SAHA ou à l'oxamflatine améliorait le développement in vivo des embryons clonés, nous avons transféré des embryons clonés à 2 cellules dérivés des cellules du cumulus B6D2F1 à des mères porteuses. Sur la base des effets des concentrations de SAHA et d'oxamflatine sur le développement in vitro (Fig. 1, A et B), nous avons décidé d'utiliser 1 M de SAHA et 0,1 ou 1 M d'oxamflatine pour cette expérience, ainsi que 50 nM de TSA. Dans le groupe traité par SAHA, nous avons obtenu 12 descendants sains clonés (9,4 %) et avons souvent vu plusieurs conceptions. De même, lorsque 1 M d'oxamflatine a été utilisé, le taux de réussite du clonage a augmenté de manière significative, jusqu'à 7,5%. Les deux groupes ont montré des taux de progéniture significativement meilleurs que le témoin (2,6 %, tableau 1). Nous avons également utilisé des cellules cumulus de souris BD129F1 comme donneurs NT, car nous avons constaté que le taux de réussite du clonage de cette souche est plus élevé qu'avec la souche B6D2F1 (observations non publiées). Lorsque les embryons clonés ont été traités avec 50 nM de TSA ou 1 M de SAHA, 13 descendants vivants ont été obtenus dans les deux groupes (16 % Tableau 2). Cependant, le groupe traité au VPA n'a montré aucune différence significative par rapport aux témoins (7 % et 8 %, respectivement, tableau 2). Ces souris clonées traitées avec HDACi n'ont montré aucun phénotype manifestement anormal, à l'exception de grands placentas, et ont grandi normalement jusqu'à l'âge adulte, comme avec les clones témoins.

Développement à terme d'embryons clonés B6D2F1 traités avec des inhibiteurs de désacétylation des histones (HDACis). *

HDACi. Concentration de HDACi (μM) . N° ovocytes NT . N° avec formation de PN (%) . Nombre d'embryons à 2 cellules (%) ‡ . Nombre d'embryons transférés (receveurs) . Nombre de descendants (%) § . Nombre de sites IP (%) § . Poids corporel moyen (g) . Poids placentaire moyen (g) .
Contrôler 234 233 (96) 229 (98) 229 (12) 6 (2.6) un 35 (15.3) 1.72 ± 0.17 0.31 ± 0.09
TSA 0.05 126 123 (98) 120 (98) 120 (6) 5 (4.2) 31 (25.8) 1.80 ± 0.32 0.31 ± 0.05
SAHA 1.0 129 127 (98) 127 (100) 127 (6) 12 (9.4)b 46 (36.2) 1.63 ± 0.10 0.26 ± 0.06
Oxamflatine 0.1 119 114 (96) 111 (97) 111 (6) 4 (3.6) 34 (30.6) 1.63 ± 0.10 0.34 ± 0.09
1.0 117 110 (94) 106 (96) 106 (6) 8 (7.5) b , 33 (31.1) 1.56 ± 0.26 0.31 ± 0.05
HDACi. Concentration de HDACi (μM) . N° ovocytes NT . N° avec formation de PN (%) . Nombre d'embryons à 2 cellules (%) ‡ . Nombre d'embryons transférés (receveurs) . Nombre de descendants (%) § . Nombre de sites IP (%) § . Poids corporel moyen (g) . Poids placentaire moyen (g) .
Contrôler 234 233 (96) 229 (98) 229 (12) 6 (2.6) un 35 (15.3) 1.72 ± 0.17 0.31 ± 0.09
TSA 0.05 126 123 (98) 120 (98) 120 (6) 5 (4.2) 31 (25.8) 1.80 ± 0.32 0.31 ± 0.05
SAHA 1.0 129 127 (98) 127 (100) 127 (6) 12 (9.4)b 46 (36.2) 1.63 ± 0.10 0.26 ± 0.06
Oxamflatine 0.1 119 114 (96) 111 (97) 111 (6) 4 (3.6) 34 (30.6) 1.63 ± 0.10 0.34 ± 0.09
1.0 117 110 (94) 106 (96) 106 (6) 8 (7.5) b , 33 (31.1) 1.56 ± 0.26 0.31 ± 0.05

Oocytes NT, ovocytes survivants après transfert nucléaire PN, pronuclei IP, implantation.

Basé sur le nombre d'ovocytes reconstruits.

Basé sur le nombre d'embryons pronucléaires.

Basé sur le nombre d'embryons transférés.

Un chiot a montré une hernie ombilicale.

Dans la même colonne, les valeurs avec des lettres en exposant différentes sont significativement différentes (P < 0.05).

Développement à terme d'embryons clonés B6D2F1 traités avec des inhibiteurs de désacétylation des histones (HDACis). *

HDACi. Concentration de HDACi (μM) . N° ovocytes NT . N° avec formation de PN (%) . Nombre d'embryons à 2 cellules (%) ‡ . Nombre d'embryons transférés (receveurs) . Nombre de descendants (%) § . Nombre de sites IP (%) § . Poids corporel moyen (g) . Poids placentaire moyen (g) .
Contrôler 234 233 (96) 229 (98) 229 (12) 6 (2.6) un 35 (15.3) 1.72 ± 0.17 0.31 ± 0.09
TSA 0.05 126 123 (98) 120 (98) 120 (6) 5 (4.2) 31 (25.8) 1.80 ± 0.32 0.31 ± 0.05
SAHA 1.0 129 127 (98) 127 (100) 127 (6) 12 (9.4)b 46 (36.2) 1.63 ± 0.10 0.26 ± 0.06
Oxamflatine 0.1 119 114 (96) 111 (97) 111 (6) 4 (3.6) 34 (30.6) 1.63 ± 0.10 0.34 ± 0.09
1.0 117 110 (94) 106 (96) 106 (6) 8 (7.5) b , 33 (31.1) 1.56 ± 0.26 0.31 ± 0.05
HDACi. Concentration de HDACi (μM) . N° ovocytes NT . N° avec formation de PN (%) . Nombre d'embryons à 2 cellules (%) ‡ . Nombre d'embryons transférés (receveurs) . Nombre de descendants (%) § . Nombre de sites IP (%) § . Poids corporel moyen (g) . Poids placentaire moyen (g) .
Contrôler 234 233 (96) 229 (98) 229 (12) 6 (2.6) un 35 (15.3) 1.72 ± 0.17 0.31 ± 0.09
TSA 0.05 126 123 (98) 120 (98) 120 (6) 5 (4.2) 31 (25.8) 1.80 ± 0.32 0.31 ± 0.05
SAHA 1.0 129 127 (98) 127 (100) 127 (6) 12 (9.4)b 46 (36.2) 1.63 ± 0.10 0.26 ± 0.06
Oxamflatine 0.1 119 114 (96) 111 (97) 111 (6) 4 (3.6) 34 (30.6) 1.63 ± 0.10 0.34 ± 0.09
1.0 117 110 (94) 106 (96) 106 (6) 8 (7.5) b , 33 (31.1) 1.56 ± 0.26 0.31 ± 0.05

Oocytes NT, ovocytes survivants après transfert nucléaire PN, pronuclei IP, implantation.

Basé sur le nombre d'ovocytes reconstruits.

Basé sur le nombre d'embryons pronucléaires.

Basé sur le nombre d'embryons transférés.

Un chiot a montré une hernie ombilicale.

Dans la même colonne, les valeurs avec des lettres en exposant différentes sont significativement différentes (P < 0.05).

Développement à terme de clones BD129F1 traités par HDACi. *

HDACi. Concentration de HDACi (μM) . N° ovocytes NT . N° avec formation de PN (%) . Nombre d'embryons à 2 cellules (%) ‡ . Nombre d'embryons transférés (receveurs) . Nombre de descendants (%) § . Poids corporel moyen (g) . Poids placentaire moyen (g) .
Contrôler 0 65 60 (92) 57 (95) 57 (3) 4 (7) 1.68 ± 0.25 0.27 ± 0.05
TSA 0.05 89 85 (96) 83 (98) 83 (4) 13 (16) 1.65 ± 0.19 0.25 ± 0.05
SAHA 1.0 87 85 (98) 83 (98) 83 (4) 13 (16) 1.65 ± 0.24 0.29 ± 0.08
APV 2000 43 39 (91) 37 (95) 37 (2) 3 (8) 2.03 ± 0.22 0.32 ± 0.09
HDACi. Concentration de HDACi (μM) . N° ovocytes NT . N° avec formation de PN (%) . Nombre d'embryons à 2 cellules (%) ‡ . Nombre d'embryons transférés (receveurs) . Nombre de descendants (%) § . Poids corporel moyen (g) . Poids placentaire moyen (g) .
Contrôler 0 65 60 (92) 57 (95) 57 (3) 4 (7) 1.68 ± 0.25 0.27 ± 0.05
TSA 0.05 89 85 (96) 83 (98) 83 (4) 13 (16) 1.65 ± 0.19 0.25 ± 0.05
SAHA 1.0 87 85 (98) 83 (98) 83 (4) 13 (16) 1.65 ± 0.24 0.29 ± 0.08
APV 2000 43 39 (91) 37 (95) 37 (2) 3 (8) 2.03 ± 0.22 0.32 ± 0.09

Oocytes NT, ovocytes survivants après transfert nucléaire PN, pronuclei IP, implantation.


Voir la vidéo: Histone modifications Introduction (Septembre 2022).


Commentaires:

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    Vous n'êtes pas correcte. Je suis assuré. Je peux défendre la position. Écrivez-moi dans PM, nous communiquerons.

  6. Gardagore

    Cette très bonne phrase vous sera utile.



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