Mecanismele epigenetice în tratamentul cancerului mamar și în rezistența la tratament

Cancerul cuprinde boli atât genetice, cât și epigenetice (vezi ce este cancerul). Mecanismele epigenetice reglează multe aspecte ale biologiei cancerului, de la carcinogeneză până la modularea răspunsului imun în micromediul tumoral. Spre deosebire de mutațiile genetice, dificil de corectat, mecanismele epigenetice dereglate pot fi țintite adecvat de compuși cu molecule mici. În plus, în diferite cancere solide (de organ), modularea epigenomului crește sensibilitatea la imunoterapie prin expunerea celulelor canceroase la atacurile sistemului imunitar. Aceste avantaje au contribuit în ultimul deceniu la dezvoltarea unor strategii epigenetice pentru tratamentul cancerului.

Tratamente epigenetice în cancer

Instrumentele de diagnostic și prognostic bazate pe epigenetică aduc o contribuție importantă în oncologie. În special, mai multe „analize ale metilării DNA” și metode de imagistică diagnostică trec prin studii clinice sau sunt deja utilizate. De asemenea, eforturile oncologiei de a combate mecanismele epigenetice dereglate au dus la dezvoltarea epi-medicamentelor, definite și ca medicamente care țintesc modulările epigenetice.

- Subiect conex: Și genele au nevoie de educație! Tratamente epigenetice în cancer

În prezent, pentru tratarea tumorilor solide și hematologice există inhibitori ai histon-deacetilazelor (HDACis), ai DNA-metiltransferazelor (DNMTs), ai EZH2 și IDH, incluși între cele 8 tratamente epigenetice aprobate de FDA, precum și numeroase epi-medicamente testate în studii clinice.

În cancerul mamar ER+ (pozitiv pentru receptorul estrogenic) epi-medicamentele testate în combinație cu tratamentele convenționale au ajuns în prezent în faza II. Creșterea cancerului mamar ER+, metastazarea și rezistența la tratament sunt procese controlate de mecanisme epigenetice, iar aceste medicamente reflectă progresele recente ale înțelegerii lor.

Incidența formei invazive de cancer mamar (frecvența sa) continuă să crească din 2004. În 2018 au fost raportate peste 2 milioane de cazuri la nivel mondial. Aproximativ 80% din toate cazurile de cancer mamar sunt categorisite ca ER+ datorită expresiei receptorului ERα, iar rata supraviețuirii globale la 5 ani a acestor paciente este de aproximativ 90%.

- Subiect conex: Statisticile privind cancerul în Turcia 2020

Deoarece ERα este principalul factor oncogenic în majoritatea cancerelor ER+, opțiunile terapeutice endocrine actuale includ blocarea ERα, inhibarea sintezei estrogenului și degradarea selectivă a ERα. Deși tratamentele endocrine prelungesc supraviețuirea globală, o treime dintre toate pacientele cu cancer mamar ER+ în stadiu incipient prezintă rezistență la tratament. Țintirea regulatorilor cromatinei cu compuși mici pentru a restructura epigenomul cancerului poate face celulele rezistente din nou sensibile la tratamentul endocrin sau la tratamente noi.

Subtipurile estrogenului și mecanismele semnalizării ERα

Estrogenul stimulează numeroase procese de dezvoltare, inclusiv maturizarea reproductivă și creșterea osoasă, precum și homeostazia energetică a organismului, prin modularea sensibilității la insulină, a ratei alimentării și a consumului de energie prin termoreglare. Estrogenul coordonează și mecanismele mitogenice și epigenetice pentru a regla dezvoltarea glandei mamare.

Există cinci subtipuri principale de estrogen:

• estronă (E1),
• 17-β estradiol (E2),
• estriol (E3),
• estetrol (E4),
• estronă-sulfat (E1s)

E1 este transformată reversibil în E2, forma biologic mai activă, și ambele reprezintă principalii estrogeni din organism. Totuși, E3 și E4 pot fi detectate numai în timpul sarcinii, E3 fiind mai predominant. E1 acționează în principal ca un rezervor de estrogen, deoarece este ușor transformată în starea sa naturală, prin sulfatazele steroidiene, în formele active E1 și E2.

Figura 1: ERα mediază modificările epigenetice prin interacțiune și comunicare încrucișată cu factorii pionier și coregulatorii.

a. Reprezentare schematică a diferitelor domenii structurale ale ERα. LBD (domeniul de legare a ligandului) conține suprafețe pentru dimerizare și legarea coactivatorilor. După legarea E2, helix-12 din LBD trece într-o conformație activă care favorizează interacțiunea ERα cu coactivatorii.

b. Factorii pionier precum FOXA1, GATA3, PBX1 și AP-2γ se leagă preferențial de regiunile genomice hipometilate care poartă motivele lor respective. Aceste regiuni sunt adesea marcate de niveluri scăzute de H3K4me1/2, care cresc prin recrutarea factorilor pionier precum FOXA1. După stimularea cu ligandul E2, factorii pionier facilitează localizarea Erα legat de ligand la cromatină. Aceasta duce la activarea expresiei genice, deoarece ERα recrutează activatori epigenetici precum P300 / CBP, complexul SWI / SNF, PRMT și EZH2 (prin contact direct sau prin coactivatori precum SRC-1/2/3 și Mediator) pentru a depune mărci epigenetice activatoare precum H4R3me1 și H3K27Ac (culori pline). Totuși, prin interacțiunea cu corepresori precum LCOR și NCoR1/2, ERα legat de ligand și ERα legat de tamoxifen pot utiliza și represori epigenetici, inclusiv HDAC și complexul NuRD, pentru a media reprimarea genică prin îndepărtarea mărcilor epigenetice active (culori estompate).

ERα însoțește și căile de semnalizare E2 non-genomice. Sprijină direct proliferarea celulelor de cancer mamar ER+. Mecanismele mediate genomic după stimularea E2 încep cu homodimerizarea ERα sau cu recrutarea la cromatină prin legarea directă de ERE (elemente de răspuns la estrogen) ori indirectă, prin domeniile AF (funcție de activare), de factorii de transcripție (TF). Se estimează că până la 75% dintre genele care răspund la estrogen necesită legarea ERα de ERE sau de secvențe asemănătoare ERE pentru expresia lor. În cancerul mamar ER+, TF pionier precum FOXA1, GATA3, PBX1 și AP-2γ se leagă de secvențe-țintă specifice de DNA în cromatina condensată și facilitează legarea ERα de cromatină ca răspuns la stimularea E2. ERα activat poate utiliza și un grup de coactivatori sau corepresori pentru a media transcripția ori reprimarea genică (Figura 1b).

Mecanismele epigenetice care stau la baza semnalizării ERα

Printre corepresorii importanți ai activității transcripționale ERα (substanțe care împiedică sinteza enzimelor) se numără NCoR1, NCoR2 și LCoR (Figura 1b). BRCA1 este cel mai cunoscut corepresor ERα. După legarea de domeniul AF2, BRCA1 țintește Erα pentru degradare, reducând astfel activitatea transcripțională ERα.

TF pionier sunt necesari pentru recrutarea ERα la cromatină dependentă de E2. Se leagă de cromatină independent de E2, iar epuizarea lor reduce semnificativ legarea ERα de cromatină indusă de E2. Rolurile epigenetice și oncogenice ale TF pionier au fost studiate în cancerul mamar ER+. Deși încă nu este acceptat ca TF pionier, se presupune că GRHL2 are un asemenea rol potențial, având numeroase asemănări funcționale cu FOXA1 și GATA3, precum recrutarea la cromatină independentă de E2 și reglarea genelor-țintă ERα, caracteristici care susțin rolul său potențial de TF pionier. În sfârșit, s-a constatat că componentele PRC1 și PRC2 prezintă recrutare la cromatină dependentă de E2 și favorizează expresia genelor-țintă ERα indusă de E2 în celulele cancerului mamar.

Procesele epigenetice ale dezvoltării normale a glandei mamare se dereglează în cancerul mamar

În dezvoltarea glandei mamare intervin numeroase căi de semnalizare și regulatori ai cromatinei, alături de factori hormonali care coordonează echilibrul dintre autoînnoire, diferențiere și integritatea țesutului. Glanda mamară se dezvoltă în trei etape principale: embrionară, pubertară și reproductivă. Dezvoltarea embrionară este coordonată de căi precum WNT și Hedgehog (HH), în timp ce etapele pubertară și reproductivă sunt sub control hormonal.

Reactivarea căilor de dezvoltare este o caracteristică comună diferitelor tipuri de cancer și, în cancerul mamar, este strâns asociată cu menținerea populației de celule stem a glandei mamare (Figura 2). În ultimul deceniu, secvențierea de nouă generație și alte progrese tehnologice au permis cercetări care au arătat că dereglarea proceselor epigenetice importante în dezvoltarea sânului are și ea un rol important în progresia cancerului mamar. În acest context, a fost studiată comunicarea funcțională încrucișată dintre procesele epigenetice și căile de semnalizare a dezvoltării care provoacă cancer mamar.

Figura 2: Dezvoltarea glandelor mamare embrionare

În epiteliul mamar normal, DKK3 se leagă de LRP, un coactivator al căii WNT pentru Frizzled, împiedicând activarea căii în prezența ligandului WNT. E-caderina se leagă de β-catenina citoplasmatică, degradată de GSK3β când WNT nu este activat. Promotorul SHH (care codifică ligandul Hedgehog SHH) este hipermetilat, iar calea Hedgehog este redusă la tăcere. Totuși, în cancerul mamar, promotorul DKK3 este hipermetilat, ceea ce duce la reducerea expresiei sale. În absența DKK3, LRP coactivează Frizzled în prezența ligandului WNT, ducând la fosforilarea DSH și inhibând degradarea cateninei de către GSK3β. E-caderina este și ea reglată descendent prin metilarea promotorului. În plus, promotorul SHH este hipometilat, crescând astfel expresia SHH și activând calea Hedgehog prin GLI1. Activarea căilor WNT și Hedgehog duce la autoînnoirea celulelor stem, EMT, metastazare și rezistență la tamoxifen.

Modularea epigenetică a semnalizării WNT în cancerul mamar ER+

Activarea anormală a semnalizării WNT duce la apariția și progresia diferitelor tipuri de cancer, inclusiv mamar. Reducerea la tăcere epigenetică a genelor antagoniste WNT, inclusiv SFRP și DKK, provoacă tumorigeneză mamară. Din punct de vedere mecanistic, reducerea la tăcere a acestor gene prin metilarea DNA este principala cauză a semnalizării WNT persistente în cancerul mamar și este asociată cu un prognostic nefavorabil. Aceste modificări duc la activarea constitutivă a β-cateninei, crescând proliferarea asociată autoînnoirii celulelor stem și recidivei bolii (Figura 2).

Într-un studiu cu 96 de paciente cu cancer mamar, metilarea promotorului DKK3, membru al familiei DKK, a fost crescută în tumorile pacientelor cu boală avansată, metastaze ganglionare și ERα pozitiv (42 dintre cele 47 de paciente erau ER+). Având în vedere legătura dintre căile WNT și ERα, în special prin proteina Polycomb EZH2, se consideră că lipsa inhibării WNT de către DKK ar putea avansa către semnalizarea ERα pentru a stimula creșterea și supraviețuirea, asociind astfel metilarea promotorului DKK3 cu ERα pozitiv. Totuși, încercările de restabilire clinică a expresiei ERα cu agenți hipometilanți nu au avut succes. Continuă însă studiile privind țintirea circuitelor regulatoare epigenetice dereglate care duc la activarea unor programe de dezvoltare precum semnalizarea WNT.

Semnalizarea HH și complexele Polycomb

Semnalizarea HH este o altă cale importantă de dezvoltare dereglată de mecanisme epigenetice în tumorigeneza mamară. Hipometilarea promotorului ligandului HH, SHH sau al receptorului din aval (downstream) crește activarea căii dependentă de ligand și duce la diviziune celulară necontrolată, care conduce progresia cancerului (Figura 2). În plus, semnalizarea HH induce expresia PCGF4 (BMI1), componentă a complexului PRC1, pentru a stimula autoînnoirea celulelor stem mamare normale și tumorigenice. Celulele stem ale cancerului mamar sunt asociate cu rezistența la tratamentul endocrin, dar rămâne controversat dacă apariția caracteristicilor de tip stem în celulele rezistente provine din expansiunea celulelor tumorale înglobate preexistente sau dintr-o reprogramare dinamică mediată de modificări epigenetice. Se consideră că țintirea agenților epigenetici precum DNMT, pentru restabilirea reglării antagoniste HH, în combinație cu medicamente care țintesc direct semnalizarea HH, ar putea modula supraviețuirea și diferențierea celulelor stem canceroase.

Date recente arată că inhibitorii EZH2, nucleul enzimatic al complexului PRC2, aflați în studii clinice avansate în numeroase tipuri de tumori, inclusiv cancerul mamar triplu negativ, mediază reprimarea căii GATA3- ERα, care induce un fenotip de tip luminal sensibil la agenți endocrini precum fulvestrant. Aceste rezultate arată că țintirea proteinelor Polycomb, în special PCGF4, are un analog terapeutic pentru a orienta modificarea fenotipică a celulelor stem de cancer mamar rezistent endocrin către o stare sensibilă la tratamentul endocrin.

Aceste observații arată că mecanismele epigenetice cu rol vital în dezvoltarea normală sunt modificate în țesuturile neoplazice și, prin urmare, sunt candidați atractivi ca biomarkeri și ca ținte terapeutice.

Tratamentele endocrine țintesc calea oncogenică E2-ERα

Semnalizarea hormonilor steroidieni a fost asociată pentru prima dată cu progresia cancerului mamar în 1896, când îndepărtarea chirurgicală a ambelor ovare la paciente cu cancer mamar a dus la regresia tumorii. Tratamentul endocrin, standard în cancerul mamar ER+, include intervenții care suprimă producția de estrogen și strategii care țintesc direct ERα, având trei categorii principale: modulatori selectivi ai receptorului estrogenic (SERMs), degradatori selectivi ai receptorului estrogenic (SERDs) și inhibitori de aromatază (AIs).

Tamoxifenul este primul agent care țintește ERα aprobat clinic și reprezintă de peste treizeci de ani o opțiune terapeutică de bază pentru paciente cu cancer mamar atât incipient, cât și avansat. Tamoxifenul este un SERM care concurează cu E2 pentru legarea ERα și împiedică recrutarea coactivatorilor mediată de LBD al ERα. În ciuda succesului tratamentului cu tamoxifen, se estimează că la o treime dintre femeile tratate cu tamoxifen timp de 5 ani boala va recidiva în decurs de 15 ani. Totuși, deoarece majoritatea acestor paciente păstrează expresia ERα, rămân sensibile la SERD precum fulvestrant.

La femeile aflate după menopauză, E2 nu mai este sintetizat în ovare. Este produs, în schimb, prin aromatizarea testosteronului și androstenedionului în diferite țesuturi, inclusiv ficat, grăsime subcutanată și stroma din jurul celulelor mamare normale, precum și de celulele epiteliale mamare și fibroblastele tumorilor mamare primare. AI acționează pentru reducerea nivelurilor ridicate de E2 din țesutul cancerului mamar prin inhibarea activității aromatazei și pot fi clasificați ca steroidieni sau nesteroidieni. AI steroidieni se leagă ireversibil de aromatază, în timp ce AI nesteroidieni se leagă competitiv și reversibil. Comparativ cu tamoxifenul, prescris în general pacientelor cu cancer mamar înainte de menopauză, fulvestrantul și AI sunt destinați în principal cazurilor după menopauză, singuri sau în combinație cu alți agenți endocrini ori țintiți, precum inhibitorii CDK4/6.

- Subiect conex: Recomandări pentru simptomele menopauzei după cancerul mamar

ERα este principalul factor oncogenic în cancerele mamare ER+. În 50% dintre cancerele mamare, alte modificări genetice, precum supraexpresia ciclinei D1 (Figura 3a) și pierderea CDKN2A, contribuie la progresia bolii și răspunsul terapeutic. De exemplu, supraexpresia ciclinei D1 stimulează progresia ciclului celular prin G1 / S, crescând activarea CDK4/6 și fosforilarea RB. După ani de monoterapie endocrină, aprobarea terapiilor țintite împotriva mTOR (everolimus), PI3K (alpelisib) și CDK4/6 (palbociclib, ribociclib, abemaciclib) a adus progrese importante în gestionarea bolii. Numeroase studii clinice au demonstrat eficacitatea inhibării CDK4/6; astfel, inhibitorii CDK4/6, singuri sau în combinație cu AI ori fulvestrant, au devenit opțiuni standard pentru cazurile sensibile și rezistente endocrin de cancer mamar metastatic ER+/HER2- pentru care sunt stabilite aceste opțiuni terapeutice.

Figura 3: Modificări genomice selectate care mediază rezistența terapeutică în cancerul mamar ER+

a. NF1 este o GTPază care inhibă activarea RAS a căii MAPK (1) și funcționează ca un corepresor al ERα la gena CCND1 care codifică ciclina D1 (2). În celulele rezistente la tratament, pierderea NF1 crește activarea semnalizării MAPK și supraexpresia ciclinei D1, care favorizează tranziția G1 / S prin activarea CDK4/6. Inhibitorii MEK și inhibitorii CDK4/6 pot contracara, respectiv, supraexpresia MAPK și CDK4/6. Fulvestrantul poate fi utilizat și în situațiile cu pierdere NF1.

b. În cancerul mamar ER+ sensibil la tratament, ERα dimerizează când se leagă de E2 și este fosforilat de CDK7. Mutațiile ESR1 apar frecvent în LBD al celulelor rezistente și duc la ERα mutant constitutiv activ, care mediază expresia genică prin interacțiuni cu coactivatorii independente de E2. Strategiile terapeutice propuse includ inhibarea CDK7 cu THZ1 și inhibarea coactivatorilor SRC.

c. CYP19A1 codifică aromataza, enzima care transformă testosteronul în estrogen. Pacienții care recidivează după tratament cu AI dobândesc frecvent supraexpresie CYP19A1, care crește estrogenul și rezistența la tratament. Pacienții cu supraexpresie CYP19A1 pot fi tratați cu AI steroidieni ireversibili în locul AI reversibili, precum și cu fulvestrant.

d. FOXA1 este adesea amplificat sau mutant în cancerul mamar ER+ rezistent la tratament, crescând activitatea FOXA1 și redistribuirea FOXA1 către amplificatori repetitivi. Aceste regiuni repetitive sunt îmbogățite în apropierea motivelor TF precum AP-1, STAT5 și SOX9 și favorizează transcripția metastatică. FOXA1 este dificil de țintit direct. Totuși, inhibitori specifici pot ținti genele din aval de FOXA1 care mediază metastazarea, precum HIF-2α.

Mecanismele rezistenței la tratamentul endocrin și strategii alternative potențiale

În ciuda eficacității tratamentului endocrin în cancerul mamar ER+, rezistența apare la aproximativ 25% dintre pacientele în stadiu incipient și la aproape toate cele cu metastaze, ducând la un rezultat clinic nefavorabil. Rezistența poate fi intrinsecă (de novo – din nou) sau dobândită. Pacientele cu cancer mamar avansat prezintă în general progresie în regiuni diferite, distincte clonal, rezultată din selecția modificărilor genetice sub presiune terapeutică. Această presiune selectivă duce la expansiunea clonelor cu mutații ale țintei medicamentului, dar și ale căilor mitogenice și genelor care codifică factori epigenetici. Condițiile de micromediu precum hipoxia pot modifica și peisajul epigenetic, contribuind la evoluția bolii, mai ales deoarece enzimele epigenetice sunt și senzori pentru nutrienți și oxigen. Clonele cu mutații în mecanismele epigenetice prezintă defecte de transcripție, reparare și replicare a DNA, ceea ce duce la autoînnoirea tumorii maligne, blocarea diferențierii și evitarea morții celulare, toate crescând invazia tisulară. Depășirea acestor consecințe este o provocare majoră în tratamentul cancerului mamar ER+.

Modificările ciclului celular în cancerul mamar rezistent endocrin

Modificările controlului ciclului celular sunt adesea asociate cu rezistența la medicamente. Amplificarea CCND1 și nivelurile ridicate de CDK4 din tumori sunt, de asemenea, asociate cu rezistența endocrină. În ciuda eficacității inhibării CDK4/6, 10-20% dintre cancere nu sunt sensibile, iar un procent mare (70-80%) devine rezistent după 12-36 de luni de tratament.

Rezistența la inhibarea CDK4/6 se caracterizează prin pierderea supresorilor tumorali precum RB și FAT1. Mutațiile cu pierderea funcției FAT1, receptor al căii Hippo, sunt observate în 2% și, respectiv, 6% dintre tumorile primare și metastatice. În plus, hiperactivarea semnalizării RTK-RAS și activarea anormală a CCNE1-CDK2, efector din aval de CDK4/6, restabilesc fosforilarea RB, conduc rezistența și reduc răspunsul la palbociclib.

Există peste 100 de studii clinice active care testează eficacitatea inhibitorilor CDK4/6 în numeroase tipuri de cancer și strategii terapeutice, aceștia fiind considerați candidați pentru tratamentul viitor al cancerului. Mai precis, în cancerul mamar se cercetează activ administrarea inhibitorilor CDK4/6, singuri sau în combinație cu agenți endocrini ori imunoterapeutici.

Modificări ale coregulatorilor ERα

Modificările genetice pot perturba echilibrul dintre coactivatorii și corepresorii ERα și sunt asociate cu prognostic nefavorabil și rezistență la tratamentul endocrin. Tamoxifenul provoacă o modificare conformațională a ERα care blochează recrutarea coactivatorilor și sprijină recrutarea corepresorilor precum NCoR1 și NF1 (neurofibromină). Mutațiile inactivatoare sau delețiile NCoR1 și NF1 sunt printre cele mai frecvente modificări genetice din cancerul mamar metastatic ER+. De exemplu, NF1 conduce rezistența endocrină prin efectul combinat al pierderii activității GTPazice și al rolului de corepresor transcripțional ERα; nivelurile acestora sunt asociate cu răspunsul la agenți endocrini singuri sau în combinație cu inhibitori CDK4/6 ori MEK (Figura 3a).

Factorii epigenetici care provoacă cancer mamar rezistent endocrin

Studiile de secvențiere a întregului genom au arătat că factorii epigenetici se numără printre genele cel mai frecvent mutate în cancerele umane. Dintre acestea, mutațiile inactivatoare și pierderea subunităților SWI / SNF sunt cele mai frecvente modificări genetice în multe tipuri de cancer. În cancerul mamar, la nivelul ARID1A, mutațiile care duc la pierderea funcției sale sunt mai numeroase în contextul metastatic rezistent endocrin, sugerând că pot media rezistența endocrină, reflectată și de răspunsul slab la SERD la pacientele cu ARID1A mutant. Mecanistic, pierderea ARID1A reduce accesibilitatea cromatinei și legarea TF care controlează destinul celulelor luminale, precum și legarea ERα și FOXA1 de cromatină (Figura 4). Se presupune că suprimarea prelungită a ERα poate provoca apariția clonelor cu mutații inactivatoare ARID1A pentru a declanșa trecerea de la fenotip luminal la bazal. Frecvența crescută a mutațiilor ARID1A în cancerul mamar rezistent endocrin și răspândirea lor în alte cancere cresc astfel nevoia strategiilor terapeutice țintite împotriva cancerelor ARID1A mutante.

În cancerul ovarian, mutațiile ARID1A și inhibarea EZH2 sunt letale sintetic, efect amplificat suplimentar de inhibarea HDAC2 (Figura 4). În celulele deficitare în ARID1A, HDAC2 este recrutat la genele-țintă comune ARID1A / EZH2, un inhibitor al semnalizării PI3K/AKT, ducând la activarea anormală a acestei căi mitogenice. Cele două evenimente, pierderea funcției ARID1A și activarea semnalizării PI3K/AKT, sunt observate frecvent în celulele de cancer mamar rezistent endocrin. De aceea, se propune că țintirea EZH2 în cancerul mamar cu ARID1A mutant ar putea fi o opțiune terapeutică validă de investigat (Figura 4).

Figura 4: Diverse căi epigenetice dereglate în cancerul mamar ER+ rezistent la tratament, ținte potențiale pentru noi terapii epigenetice

Panourile albastru și galben: Calea PI3K/AKT poate fosforila DNMT1, stabilizându-l pe cromatină și menținând hipermetilarea DNA. EZH2 este și el fosforilat de PI3K/AKT, care epuizează genomul de H3K27me3. În plus, fosforilarea KMT2D de către PI3K/AKT epuizează H3K4me1 / 2, reducând legarea FOXA1 (și, astfel, a ERα) de cromatină și ducând la rezistență la tratamentul hormonal. Aceste căi epigenetice anormale pot fi țintite de inhibitori PI3K. De asemenea, stabilizarea DNMT1 și inhibarea EZH2 pot fi țintite, respectiv, cu agenți hipometilanți ai DNA și inhibitori HDAC.

Panoul mov: Recrutarea HDAC la promotorul ESR1 reduce H3K27ac, ceea ce provoacă hipermetilarea promotorului mediată de DNMT1 și rezistență la medicamente prin reducerea expresiei ESR1. Inhibarea HDAC (entinostat) poate fi utilizată pentru a inversa reducerea expresiei ESR1 mediată de HDAC.

Panoul portocaliu: KDM5 (KDM5A / B) este o familie de demetilaze ale lizinei 4 a histonei H3, asociată cu rezistența terapeutică în diferite tipuri de cancer. Activitatea crescută a enzimelor KDM5 reduce nivelurile H3K4me3, crescând în consecință heterogenitatea transcripțională. Nivelurile ridicate de expresie KDM5B sunt asociate în special cu prognostic nefavorabil în cancerul mamar ER+. Inhibitorii care modulează activitatea membrilor familiei KDM5 pot îmbunătăți răspunsul la agenți endocrini precum fulvestrant.

Panoul verde: Pierderea KMT2C redistribuie ERα către genele reglate de AP-1, favorizând transcripția independentă de hormoni, dar dependentă de Erα, ceea ce sugerează că SERD (fulvestrant) și inhibarea CDK4/6 pot reprezenta opțiuni terapeutice viabile.

Panoul roșu: ARID1A este o componentă a complexului SWI / SNF, iar mutația sa limitează accesibilitatea cromatinei pentru ERαα și FOXA1 la genele care reglează destinul celulelor luminale și favorizează totodată trecerea de la un fenotip luminal la unul de tip bazal. Mutațiile ARID1A pot fi țintite cu inhibitori EZH2, HDAC, BET și PI3K/AKT.

Căile epigenetice pe traseul tratamentului endocrin

Dereglarea epigenetică este un factor important în tumorigeneză și rezistența la medicamente. Până acum, epi-medicamentele au rămas în principal limitate la malignitățile hematologice, cu foarte puțin succes în tumorile solide. Plasticitatea asociată reprogramării epigenetice crește aptitudinea generală a celulelor canceroase și complică tratamentul personalizat al cancerului. Diferite dovezi preclinice și clinice susțin efectele sinergice ale medicamentelor epid cu modalități terapeutice diferite, inclusiv imunoterapia, radioterapia și tratamentul endocrin. De fapt, dezvoltarea moleculelor mici care țintesc regulatorii cromatinei este unul dintre cele mai active domenii ale eforturilor actuale de descoperire a medicamentelor. Eforturile recente sugerează că mecanismele de modificare a RNA sunt importante pentru progresia cancerului și rezistența terapeutică, precum și că au potențial ca ținte candidate pentru tratamente noi așa cum au evidențiat aceste eforturi.

Dereglarea epigenetică este, de asemenea, frecventă în cancerul mamar rezistent endocrin. De exemplu, hipermetilarea promotorului ESR1 provoacă pierderea expresiei ERα la aproximativ 20% dintre pacientele cu progresie sub tamoxifen. Entinostat (HDACi) și letrozol (AI) pot restabili expresia ERα și aromatazei în liniile celulare de cancer mamar ER−, inhibând creșterea și demonstrând eficacitatea intervenției epigenetice în inducerea sensibilității endocrine (Figura 4). Totuși, restabilirea expresiei ERα nu a fost observată niciodată clinic, ceea ce sugerează că reducerea la tăcere a ESR1 implică și alte mecanisme represive.

Celulele rezistente la tamoxifen sunt caracterizate și prin acetilarea crescută a histonelor, TF și proteinelor de șoc termic (heat shock proteins), catalizată de HAT precum P300 / CBP. În cancerul de prostată rezistent la castrare, A-485, un inhibitor catalitic selectiv p300 / CBP, inhibă programul transcripțional al receptorului androgenic. Trebuie testat dacă țintirea echilibrului dintre activitățile HAT și HDAC este la fel de eficace împotriva transcripției mediate de ERα în cancerul mamar.

Agenții epigenetici activează și mecanismele morții celulare ca răspuns la tratamentul endocrin. Tratamentul cu tamoxifen induce autofagia celulelor de cancer mamar ER+, care susține supraviețuirea și provoacă apariția cancerului mamar rezistent la tamoxifen. Acest fenotip poate fi combătut prin combinația HDACi și tamoxifen, care redirecționează aceste celule către apoptoză prin reducerea expresiei BCL2 și inducerea expresiei proteinelor proapoptotice BAX și BAK. În plus, tratamentele epigenetice precum HDACi arată rezultate promițătoare în combinație cu tamoxifen pentru restabilirea sensibilității endocrine și sunt testate în prezent clinic în combinație cu inhibitori CDK4/6 și AI.

Dovezile noi arată și că mutațiile factorilor epigenetici, precum histon-metiltransferazele, sunt evenimente frecvente și că există un interes tot mai mare pentru dezvoltarea altor epi-medicamente care țintesc o gamă largă de regulatori ai cromatinei. De exemplu, histon-metiltransferaza KMT2C este considerată una dintre cele nouă gene driver cel mai frecvent mutate în cancerul mamar metastatic pozitiv pentru receptorii hormonali. Pierderea KMT2C duce la reducerea expresiei genice dependente de ERa și la relocalizarea ERα către genele reglate de AP-1 pentru a menține creșterea independentă de hormoni (Figura 4).

Semnalizarea oncogenică prin PI3K/AKT are un efect direct asupra echilibrului epigenetic, sugerând că asocierea inhibitorilor PI3K/AKT cu medicamente epigenetice este o strategie terapeutică potențială.

Progresele recente ale tehnologiilor celulare permit abordarea unor întrebări importante, precum contribuția variabilității dintre celule la rezistență. În cancerul mamar ER+, KDM5B, o demetilază H3K4me3, reglează heterogenitatea transcriptomică celulară. KDM5B este frecvent amplificat și supraexprimat în tumorile mamare luminale ER+, crescând heterogenitatea transcriptomică ce provoacă rezistența la tratamentul endocrin. S-a demonstrat și că inhibitorii acestei enzime cresc sensibilitatea la fulvestrant în liniile celulare sensibile la hormoni și rezistente endocrin, sugerând eficacitatea lor potențială în context clinic.

Tratamentul endocrin reduce mortalitatea și recidiva cancerului mamar ER+, dar, din păcate, în majoritatea cazurilor boala progresează către o stare incurabilă. Modificările genetice care cresc după tratamentul endocrin susțin utilizarea strategiilor combinate cu agenți precum inhibitorii CDK4/6 sau mTOR, ceea ce duce la rezistență. Epi-medicamentele oferă posibilitatea de a readuce celulele dormante într-o stare proliferativă și sensibilă terapeutic. Deși există mult entuziasm privind utilizarea acestor agenți, mai rămân câteva obstacole până la folosirea lor clinică. Din păcate, rezultatele clinice nu corespund așteptărilor preclinice privind eficacitatea și toxicitatea. Aceste observații pot fi atribuite regulatorilor epigenetici, care au numeroase substraturi, inclusiv proteine histonice și non-histonice. Sunt necesare cercetări detaliate privind reglarea și dozarea epi-medicamentelor pentru a crește beneficiile abordărilor terapeutice combinate și a reduce toxicitatea. Reversibilitatea modificărilor epigenetice rămâne și ea o preocupare majoră, deoarece genele supresoare tumorale pot fi reexprimate în absența epi-medicamentelor sau în cazul unui exces al mecanismelor.

Rezumat și întrebări care așteaptă răspuns

S-a demonstrat fără echivoc că tratamentul endocrin este o opțiune indispensabilă în tratamentul cancerelor mamare sensibile la hormoni. Persistă însă o nevoie majoră de abordări care să țintească fenotipul rezistent, aparent inevitabil. Progresele recente ale epi-medicamentelor demonstrează intrarea într-o nouă eră a terapiilor bazate pe epigenetică pentru depistarea și tratarea mai multor boli, inclusiv cancerul mamar. Ca în orice cercetare nouă, studiile din acest domeniu au adus întrebări noi alături de descoperiri. Câteva puncte importante care așteaptă răspuns sunt:

1. Care sunt caracteristicile celulei din care provine tumora mamară?
2. Mecanismele epigenetice mediază selecția clonală în diferitele localizări metastatice?
3. Care este rolul spațiului mezenchimal în progresia cancerului mamar? Ce mecanisme epigenetice contribuie la menținerea micromediului tumorii mamare?
4. Putem folosi natura dinamică a modificărilor epigenetice pentru a concepe strategii terapeutice pe termen scurt, în încercarea de a evita selecția către un fenotip rezistent, sau mecanismele care stau la baza epi-medicamentelor provoacă și ele apariția rezistenței?
5. Putem utiliza semnăturile epigenetice pentru monitorizarea progresiei bolii și a răspunsului la tratament?