Rola metylotransferazy DNMT2 w regulacji plastyczności genomowej komórek nowotworowych

Nazwa: Rola metylotransferazy DNMT2 w regulacji plastyczności genomowej komórek nowotworowych

The role of DNMT2 methyltransferase in the regulation of genomic plasticity in cancer cells

Numer umowy: UMO-2017/25/B/NZ2/01983

Kwota dofinansowania: 1 432 920 zł

Źródło finansowania: NCN

Okres realizacji: 03.01.2018 – 02.01.2021

Kierownik projektu: dr hab. Maciej Wnuk, prof. UR

Opis projektu: Jedną z cech komórek nowotworowych jest ich plastyczność genomowa,tj. zdolność do szybkich zmian genetycznych, których dynamika zależna jest od szeregu czynników endogennych oraz egzogennych. Zmiany genetyczne zachodzące w komórkach nowotworowych są zarazem formą ich adaptacji do funkcjonowania podczas silnych warunków stresowych występujących nie tylko podczas terapii przeciwnowotworowej,ale także podczas progresji nowotworowej. Adaptacja ta ma związek nie tylko z powstającymi nieletalnymi mutacjami genowymi, ale przede wszystkim ze zmianami chromosomowymi. Zdolność komórek do zmian w ploidalności genomu oraz/lub strukturze chromosomowej określana jest często właśnie jako plastyczność genomowa. Proces ten odgrywa istotną rolę w powstawaniu zmienności międzykomórkowej i w konsekwencji doprowadza do wyodrębnienia się subpopulacji komórek m.in. opornych na leki. Ponadto zmiany chromosomowe mogą promować w komórkach produkcję wielu czynników działających lokalnie jak np. cytokinczy czynników wzrostu przyczyniając się w ten sposób do powstawania stanów zapalnych lub rozrostu nowotworu. Istotną rolę w dynamice zachodzących zmian chromosomowych ogrywają telomery. Struktury te to tandemowo powtórzone sekwencje DNA, które połączone z białkami, chronią chromosomy przed zniszczeniem oraz niekontrolowanym łączeniem się wolnych końców łańcuchów DNA, jak również warunkują utrzymanie prawidłowej topologii chromosomów w jądrze komórkowym oraz biorą udział w regulacji ekspresji genów. Tym samym, spadek długości telomerów poniżej krytycznej wartości na skutek podziałów komórkowych lub ich uszkodzeń koreluje z zatrzymaniem podziału, apoptozą lub wzrostem ogólnej niestabilności genetycznej stanowiącej często istotny element transformacji nowotworowej. W komórkach nowotworowych, wprzeciwieństwie do większości prawidłowych komórek somatycznych telomery mogą być wydłużane dzięki wznowionej aktywności enzymu telomerazy. Aktywacja telomerazy jest także jednym z czynników warunkujących immortalizację większości komórek nowotworowych. Enzym ten to rybonukleoproteinowy kompleks złożony z podjednostki odwrotnej transkryptazy oraz komponentu RNA. Aktywność telomerazy jest regulowana przez szereg czynników molekularnych, m.in. na poziomie transkrypcji genów obu podjednostek, etapie składania kompleksu oraz zdolności telomerazy do oddziaływania z białkami telomerowymi. Poszukiwanie czynników molekularnych regulujących tworzenie aktywnego kompleksu telomerazy stanowi wciąż aktualny problem badawczy. W oparciu owyniki wstępne, a także dane literaturowe wytypowano metylotransferazę DNMT2jako potencjalny nowy czynnik odpowiedzialny za regulację aktywności telomerazy, a przez to modyfikujący długość telomerów prowadząc do niestabilności chromosomowej. W trakcie projektu zostanie porównana zmienność chromosomowa oraz fenotypowa (w tym profil sekrecyjny komórek, mikroRNA, a także poziom TERRA (ang. telomeric repeat-containing RNA)komórek nowotworowych zależnie od poziomu ekspresji DNMT2. Podsumowując, realizacja projektu dostarczy wielu nowych i cennych informacji dotyczących molekularnych mechanizmów decydujących o zmienności międzykomórkowej oraz plastyczności genomowej komórek nowotworowych. Otrzymane wyniki mogą być jednymi z istotniejszych odkryć ostatnich lat związanych z mechanizmami regulującymi długość telomerów oraz poznaniem nowych funkcji enzymu DNMT2.

One of characteristic features of cancer cells is genomic plasticity, namely the susceptibility to genomic changes that depends on both endogenous and exogenous factors. Genetic changes in cancer cells may reflect their adaptation strategies, especially during stress conditions, e.g., during anticancer therapy and/or cancer progression. These genetic changes may rely on both non-lethal gene mutations as well as chromosome alterations. Genomic plasticity may play an important role in the promotion of cellular heterogeneity that may lead to drug resistance of cell subpopulations. Chromosome changes may also stimulate the production of locally acting agents, namely growth factors and/or cytokines that may provoke inflammation and cancer progression. Telomeres may shape the dynamics of chromosome changes. Telomeres are tandem repeats of DNA sequences associated with proteins that protects chromosomes against damage and uncontrolled joining of free DNA ends. Telomeres may also maintain chromosome topology and regulate gene expression. In normal cells, telomere shortening below acritical value as a consequence of a number of cell divisions and/or damage may result in cell cycle arrest, senescence, apoptosis or genomic instability-based cancer transformation. In contrast to normal cells, in cancer cells, telomeres may be elongated due to re-activation of telomerase leading to cell immortalization. Telomerase is a ribonucleoprotein complex composed of reverse transcriptase subunit and RNA component. Telomerase activity is regulated by different molecular factors and at various levels, e.g., during gene transcription of both subunits, complex assembly and telomerase associations with telomere proteins (shelterin). The search for molecular factors regulating the formation of active telomerase complex is still needed. According to our preliminary results and literature data, we hypothesized that DNMT2 methyltransferase may be a new factor responsible for the modulation of telomerase activity and in turn may regulate telomere length and may lead to chromosome instability. Within proposed project, we would like to compare DNMT2 level-dependent chromosome and phenotypic variability including secretion profile and microRNA profile and the levels of TERRA (telomeric repeat-containing RNAs)in different cancer cells. Taken together, proposed project will provide important data on molecular mechanisms underlying cellular heterogeneity and genomic plasticity of cancer cells.