Aneuploidia, definită ca numărul anormal de
cromozomi la nivel celular, este o caracteristică esenţială a celulelor
canceroase şi este în plus asociată cu mai multe patologii legate de
îmbătrânire, cum ar fi boala Alzheimer. În laboratorul lui Floris Foijer,
cercetător al Academiei de Ştiinţe din Olanda, se studiază modul în care apare
aneuploidia şi, chiar mai important, consecinţele aneuploidiei pentru celule, ţesuturi
şi organism. În acest scop s-au dezvoltat modele murine în care se poate
provoca aneuploidia în ţesuturile alese prin modificări ale punctelor de
control ale fusului de diviziune. Aceste modele sunt revelatoare pentru
demonstrarea că instabilitatea cromozomială (CIN) în sine poate fi un factor
puternic de transformare malignă, de exemplu, în celulele T, provocând limfoame
agresive care se aseamănă cu tumorile maligne pediatrice. În alte ţesuturi, de
exemplu în piele, aneuploidia pare să provoace mai mult un fenotip de îmbătrânire
accelerată, subliniind rolul dublu pe care CIN îl joacă în biologia celulară.
Proiectul propus de Institutul european de
cercetare a îmbătrânirii (ERIBA) prevede înţelegerea fenotipului de piele la şoareci
knock-out. „De ce pielea îmbătrâneşte la vârste premature?“; „Este pielea mai
puţin predispusă decât celulele T aneuploide la cancer?“; „Care sunt consecinţele
moleculare ale aneuploidiei pentru diferitele linii de celule care alcătuiesc
pielea?“. Pentru a răspunde la toate aceste întrebări este necesară crearea
unor modele murine de laborator care să exprime instabilitate cromozomială, dar
care, în acelaşi timp, să supravieţuiască suficient cât să poată fi studiate
consecinţele. Aşa cum am văzut şi cum mi s-a explicat cu ocazia unui perioade
petrecute în laboratorul lui Floris Foijer, specialist în crearea de modele
murine, această etapă nu este uşoară.
Prima genă de control a fusului de diviziune încercată a fost Mad2, care
s-a dovedit a fi esenţială, dar pierderea homozigotă a Mad2 la şoareci este
letală. BubR1, Bub1, Mad1, Bub3, Rae1 şi CENPE (proteina E asociată
centrozomului) sunt, de asemenea, gene esenţiale, cu variante knock-out
homozigote care cauzează letalitate embrionară în toate cazurile.
Ca o alternativă pentru a realiza inactivarea parţială a punctului de
control a fusului de diviziune la soareci, au fost generate alele hipomorfice
BubR1 şi Bub1. Aceste alele duc la exprimarea a mai puţine proteine, ca urmare
a inserţiei genei pentru neomicină care funcţionează ca un exon criptic şi
scade expresia ARNm. Şoarecii cu alelă hipomorfică Bub1 (în care expresia Bub1
se observă a fi aproximativ 20% din nivelurile alelei de tip wild) dezvoltă
limfoame, tumori pulmonare şi hepatice la 18–20 luni. Reducerea nivelurilor de
BubR1 la 10% rezultă în aneuploidie masivă în mai multe ţesuturi, dar nu induce
cancer. În schimb, animalele prezintă îmbătrânire prematură, după cum reiese
din scăderea grăsimii subcutanate, apariţia cifozei dorsale şi atrofia
musculară. Durata de viaţă medie a animalelor este în medie de şase luni şi nu
depăşeşte 15 luni. Un fenotip similar, dar mai puţin sever se observă în Bub3
+/– Rae1 +/– heterozigoţi compuşi. Curios, nivelurile de BubR1 scad odată cu
vârsta în ţesuturile animalelor normale. Împreună, aceste date sugerează un rol
al BubR1, Bub3 şi Rae1 în îmbătrânire, probabil ca urmare a aneuploidiei pe
care mutaţia lor o provoacă. Rămâne neclar însă de ce ar trebui să determine
aneuploidia îmbătrânirea prematură, în anumite circumstanţe, şi cancer, în
altele. De asemenea, nu se ştie de ce mutaţia punctului de control ar trebui să
difere în această privinţă (Mad2 +/– vs. BubR1 +/–). Poate, diferitele
interdependenţe între punctul de control – ataşarea kinetocorului la
microtubuli şi timpii mitozei sunt implicate în acest fenomen.
Mai recent, modele murine pentru CIN au fost
generate pentru a simula mai îndeaproape tipurile de modificări genetice care
ar putea apărea în forme de cancer. Trebuie menţionat că mutaţiile care
modifică secvenţa Mad2 nu apar foarte frecvent în cancerele umane, dar creşterile
expresiei Mad2 sunt destul de frecvente. O explicaţie pentru supraexpresia
observată a Mad2 în tumori este modificarea factorului de transcripţie E2F. Rb
– E2F este o cale mutată în mai mult de 80% din tumorile umane şi dereglarea Rb
a fost asociată cu CIN. Recent, Mad2 s-a dovedit a fi o genă ţintă a E2F şi
expresia sa a fost ridicată în fibroblaste embrionare ale unor modele Rb –/–.
Invers, supraexprimarea – fie E2F, fie Mad2 – în fibroblaste a dus la creşterea
aneuploidiei. S-a observat, de asemenea, că exprimarea oncogenei REST conduce
la niveluri ridicate ale Mad2 şi ale aneuploidiei. Aceste rezultate sugerează
că activarea anormală de E2F sau REST pot promova aneuploidia, cel puţin parţial,
prin intermediul exprimării Mad2. Într-adevăr, supraexpresia Mad2 la şoareci
printr-un promotor reglabil al tetraciclinei predispune animalele la un spectru
larg de tumori, inclusiv adenoame pulmonare, limfoame, carcinoame
hepatocelulare şi fibrosarcoame cu o latenţă similară (aproximativ 20 de luni),
dar frecvenţă mai mare (aproximativ 50% la 20 de luni) decât tumorile pulmonare
care apar în şoareci heterozigoţi Mad2. La prima vedere, aceste rezultate par
oarecum contraintuitive: de ce creşterea nivelului unei proteine de control al
diviziunii ar duce la eşecul funcţiei sale de reglator? O posibilitate este că
degradarea întârziată a securinei şi ciclinei B1 în zona de tranziţie
metafază–anafază în celulele cu Mad2 în exces promovează non-disjuncţia
cromozomilor şi astfel CIN. Cu toate acestea, ipoteza nu a fost dovedită
experimental la animale.
Evident, următorul pas în domeniu este
generarea de şoareci knock-out pentru gene ale punctului de control al fusului
de diviziune care sunt direcţionate către ţesuturi specifice şi care, prin urmare,
nu sunt letale precum cele prin inactivarea genelor embrionare. Ne putem
întreba atunci dacă pierderea punctului de control în celulele adulte
accelerează tumorigeneza într-o măsură mai mare decât linia cu mutaţii
germinale heterozigote. Este important să se inducă şi mutaţii ale punctului de
control în anumite etape specifice ale unui proces tumoral. În mod ideal,
aceste mutaţii ar trebui să fie mai subtile decât simplele deleţii. Profilul
transcripţional a numeroase tipuri de cancer sugerează că supraexpresia genelor
punctului de control este mai frecventă decât pierderea. Mai mult decât atât,
deşi deleţii ale Mad şi Bub fost examinate la şoareci, mai multe kinaze
importante pentru punctul de control nu au fost studiate, inclusiv Mps1 şi
TAO1. Generarea de mutaţii condiţionate şi versiuni knock-out pentru kinaze
este, fără îndoială, importantă: este deja cunoscut faptul că mutaţiile kinazei
şi ARNi al Bub1 şi BubR1 sunt asociate cu diferite fenotipuri celulare.
Aşadar, animalele transgenice reprezintă unul dintre punctele gordiene ale
oricărei cercetări care urmăreşte stabilirea mecanismelor intrinseci ale
aneuploidei în geneza cancerului sau a îmbătrânirii, iar acest domeniu de
generare de modele murine este deschis mai ales pentru cei tineri – ca mine – şi
care îşi doresc cercetarea de laborator. Aşadar ce mai aşteptaţi, faceţi un
prim pas!