Gonzalo Hernandez Viedma1, María José Ramírez1,2, y Jordi Surrallés1,2,3
1Departamento de Genética y Microbiología de la Universidad Autónoma de Barcelona, Bellaterra (Barcelona), España.
2Centro de Investigación Biomédica en Red en Enfermedades Raras (CIBERER), Madrid, España.
3Servicio de Genética del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, Barcelona, España.
El genoma humano está bajo constante ataque de agentes genotóxicos, tanto de origen exógeno como endógeno, que desencadenan inestabilidad genómica, desarrollo tumoral y envejecimiento. Las células responden a estos ataques activando complejas rutas de reparación del ADN cuya relevancia biomédica queda patente bajo la forma de severas enfermedades causadas por mutaciones en genes implicados en dichas rutas (Hoeijmakers JHJ. 2009).
Un claro ejemplo de esta importancia son los genes involucrados en la reparación mediante recombinación homóloga (RH) como BRCA1, BRCA2 y PALB2. Mutaciones bialélicas en estos genes causan una enfermedad genética rara conocida como Anemia de Fanconi y cuando la mutación se encuentra de manera monoalélica confiere a los portadores de dicha mutación un riesgo incrementado de desarrollar cáncer de mama familiar (Bogliolo M, Surrallés J.2015). Paralelamente, dichos genes también son importantes moduladores de la respuesta tumoral frente a quimioterapéuticos como el cisplatino y los inhibidores de la PARP (Lord CJ, Ashworth A. 2016).
La búsqueda de genes cuyas mutaciones sensibilicen a las células tumorales a ciertos tratamientos es de vital importancia para mejorar las actuales estrategias terapéuticas, ya que nos permitirían seleccionar los fármacos más efectivos frente a determinados tipos tumorales mejorando la supervivencia de los pacientes.
Una forma de encontrar nuevos genes implicados en estas rutas de reparación es estudiar las interacciones de proteínas conocidas, con el objetivo de identificar nuevas interacciones con proteínas que puedan desempeñar funciones similares dentro de las rutas de reparación. Estudiando las interacciones de una conocida proteína de reparación llamada TOPBP1 detectamos una interacción no descrita hasta la fecha con una proteína denominada EDC4. Simultáneamente, demostramos que EDC4 interacciona con BRCA1, una proteína clave en la reparación mediante recombinación homóloga y un gran modulador del riesgo de cáncer de mama familiar.
EDC4 es una proteína conocida hasta el momento por su papel estructural en la formación de unos complejos proteicos que se encuentran en el citoplasma y se conocen como P-bodies. Estos complejos están formados por múltiples proteínas diferentes donde se lleva a cabo la degradación de los ARN mensajeros entre otras funciones (Fenger-Grøn et al. 2005). Son estructuras que no son necesarias para la reparación, como demostramos inhibiendo la expresión de otros componentes de P-bodies como DCP1a.
La inhibición de EDC4 mediante tecnología de edición CRISPR/Cas9 provoca en las células una sensibilización frente a agentes inductores de daño en el ADN en términos de mayor mortalidad celular, bloqueo del ciclo celular y mayor fragilidad cromosómica, comportándose así de forma similar a lo que ocurre con los genes implicados en la Anemia de Fanconi. Esto nos indica que EDC4 no es sólo una proteína que interacciona con componentes implicados en la reparación del ADN sino que forma parte de dichas rutas de reparación.
Actualmente se han descrito 22 genes mutados en individuos afectados por Anemia de Fanconi (Knies et al. 2017). Dentro de estos 22 genes sólo unos pocos están implicados en un mayor riesgo de cáncer de mama hereditario, siendo BRCA1, BRCA2 y PALB2 los más frecuentemente mutados. Lo que este subgrupo de genes tiene en común es la implicación en procesos de recombinación homóloga y en la respuesta celular a inhibidores de la PARP. Por ello estudiamos el impacto de la pérdida de expresión de EDC4 en las distintas etapas de la reparación por recombinación homóloga.
Células que han perdido EDC4 tienen niveles reducidos de resección del ADN en los sitios dañados (primer paso del proceso de reparación mediante RH) y menos acumulación de las proteínas RPA32 y RAD51, lo que desemboca en una reducción sustancial de la capacidad celular para llevar a cabo procesos de RH. Dado que defectos en RH están asociados a una sensibilidad a inhibidores de la PARP, expusimos a células deficientes para EDC4 a Veliparib, un conocido inhibidor de PARP y comprobamos que en efecto, la pérdida de EDC4 provoca una mayor sensibilidad a Veliparib en comparación con las células normales. Este resultado indica que EDC4 es un buen candidato para ser estudiado en pacientes diagnosticados con cáncer de mama en los que se han descartado mutaciones en los genes BRCA1 y BRCA2.
Se secuenciaron 427 exomas (377 españoles y 50 italianos) de individuos afectados por cáncer de mama sin mutaciones en BRCA1/2. Se encontraron seis mutaciones raras en EDC4 (c.125G>A, p.G42E; c.829A>C, p.S277R; c.1083C>A, p.D361E; c.1418G>A, p.R471Q; c.1429G>A, p.V477M y c.440A>G p.Y147C) que se encuentran enriquecidas en los pacientes (1.4% del total de 427 pacientes) en comparación con individuos control (0.3% del total de 720 controles sanos). Todas ellas fueron predichas bioinformáticamente como patogénicas.
Para comprobar la patogenicidad de dichas mutaciones generamos líneas celulares que expresaban las diversas mutaciones encontradas en pacientes. Ninguna de ellas era capaz de revertir a niveles normales la sensibilidad a agentes genotóxicos o de reducir la fragilidad cromosómica, lo que indica que las mutaciones encontradas tienen un impacto negativo en la capacidad de reparación.
Todas estas evidencias confirman que EDC4 es un gen implicado en la reparación del ADN mediante un proceso de recombinación homóloga y que sus mutaciones incrementan el riesgo de desarrollar cáncer de mama. Esto convierte a EDC4 en un buen candidato para el análisis genético en tumores para determinar el mejor tratamiento posible.
Referencia: Hernández G, et al. Decapping protein EDC4 regulates DNA repair and phenocopies BRCA1. Nat Commun. 2018 Mar 6;9(1):967. doi: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-018-03433-3.
Bibliografía:
Bogliolo M, Surrallés J. Fanconi anemia: a model disease for studies on human genetics and advanced therapeutics. Curr. Opin. Genet. 2015;33:32–40. doi: 10.1016/j.gde.2015.07.002.
Fenger-Grøn M, Fillman C, Norrild B, Lykke-Andersen J. Multiple processing body factors and the ARE binding protein TTP activate mRNA decapping. Mol. Cell. 2005;20:905–915. doi: 10.1016/j.molcel.2005.10.031.
Hoeijmakers JHJ. DNA damage, aging, and cancer. N. Engl. J. Med. 2009;361:1475–1485. doi: 10.1056/NEJMra0804615.
Knies, K. et al., 2017. Biallelic mutations in the ubiquitin ligase RFWD3 cause Fanconi anemia. The Journal of clinical investigation.
Lord CJ, Ashworth A. BRCAness revisited. Nat. Rev. Cancer. 2016;16:110–120. doi: 10.1038/nrc.2015.21
