studio delle modificazioni epigenetiche in cellule emopoietiche di

STUDIO DELLE MODIFICAZIONI
EMOPOIETICHE
DI
PAZIENTI
MIELODISPLASTICA
EPIGENETICHE IN CELLULE
AFFETTI
DA
SINDROME
RESPONSABILE DEL PROGETTO: Prof.ssa Valeria Santini
Le sindromi mielodisplastiche (MDS) sono un gruppo eterogeneo di patologie
caratterizzate
da
midollo
displastico
ed
emopoiesi
inefficace.
Le
modificazioni
epigenetiche a livello del DNA e della cromatina regolano l’espressione genica senza
alterare la sequenza del DNA e nelle MDS risultano alterate. Le modificazioni epigenetiche
più frequentemente riscontrate sono la metilazione dei promotori genici e le modificazioni
covalenti a carico degli istoni.
La metilazione del DNA è una modificazione covalente in posizione 5’ della citosina dei
nucleotidi CpG ed è catalizzata dalle DNA metiltransferasi (DNMT). In normali cellule
differenziate le regioni CpG presenti all’interno del genoma risultano altamente metilate
con conseguente inibizione della trascrizione dei geni a valle, mentre molte isole CpG
(regioni cioè con un’alta concentrazione di nucleotidi CpG) dei promotori sono protette
dalla metilazione (1) anche se la metilazione dei promotori è comunque il meccanismo
fondamentale di silenziamento genico sia nell’inattivazione del cromosoma X e nel
differenziamento cellulare tessuto specifico (2). Il meccanismo di silenziamento genico si
verifica in quanto il DNA metilato recluta metil-binding domain protein (MBD) che formano
un complesso co-repressore, insieme ad altre proteine come Istonedeacetilasi (HDAC) e
istone-metiltransferasi, con conseguente blocco del processo di trascrizione (3).
Nelle MDS questo fine meccanismo risulta alterato in quanto queste patologie sono
tipicamente caratterizzate da una aberrante metilazione dei promotori genici con blocco
della trascrizione di geni importanti per la differenziazione mieloide.
Oltre alla metilazione del DNA, però, anche la configurazione della cromatina è
fondamentale per una corretta espressione genica. L’acetilazione dell’istone H4 su lisina
16 (H4K16ac) e la trimetilazione dell’istone H3 su lisina 4 (H3K4me3) portano ad una
struttura aperta della cromatina (eucromatina) e quindi accessibile ai fattori di trascrizione,
mentre la di metilazione dell’istone H3 su lisina 9 (H3K9me2) e la trimetilazione dell’istone
H3 su lisina 27 (H3K27me3) sono responsabili della chiusura della struttura cromatinica
(eterocromatina) (4).
Questi meccanismi sono altamente complessi e coinvolgono complessi enzimatici come il
Policomb repressive complex 2 (PRC2) che comprende la subunità enzimatica EZH2,
frequentemente mutata nelle MDS.
Come già detto in precedenza, le mielodisplasie sono patologie molto complesse di cui
ancora non è ben nota la causa genetica e il meccanismo biologico alla base della sua
insorgenza. Dal momento che quello che si verifica è una non corretta emopoiesi a livello
della linea mieloide, abbiamo pensato di concentrare il nostro studio sui fattori di
trascrizione responsabili della normale emopoiesi, come PU-1,CEBPA, MPO e MLL.
PU.1 gioca un importante ruolo durante il commissionamento della cellula staminale
emopoietica verso la differenziazione granulocitica e monocitica. Questo gene può
risultare mutato o la sua espressione o funzione bloccata nelle leucemia mieloide acuta
(AML) ed è un candidato per l’inizio della leucemogenesi (5).
CEBPA è uno dei più importanti fattori di trascrizione ed è stato visto che bassi livelli di
questo gene si riscontravano in leucemie acute con anomalie cromosomiche. E’ stato
inoltre dimostrato il suo ruolo nella maturazione e differenziamento mieloide (6).
Il gene della mieloperossidasi (MPO) è espresso esclusivamente nelle cellule mieloidi
immature e la sua espressione è down-regolata durante la maturazione mieloide. Uno
studio ha dimostrato che, in pazienti con AML e MDS, questo gene risultava metilato in 50
loci portando ad una diminuzione della sua espressione (7).
MLL è una istone metiltransferasi che metila specificamente l’istone H3K4 ed è essenziale
per lo sviluppo della cellula emopoietica staminale e dei suoi progenitori.(8).
Il nostro progetto avrà quindi l’obiettivo di analizzare l’assetto cromatinico,mediante la
metodica della immunoprecipitazione della cromatina (ChIP),a livello di promotori genici
critici per l’emopoiesi mieloide (PU-1,CEBPA, MPO e MLL) e di correlare tali risultati con le
caratteristiche cliniche dei pazienti.
Bibliografia
(1) Illingworth RS, Bird AP. CpG islands–‘a rough guide.’ FEBS Lett 2009; 583:1713-1720
(2) Shen L, Kondo Y, Guo Y, Zhang J, Zhang L, Ahmed S, Shu J, Chen X, Waterland RA,
Issa JP. Genome-wide profiling of DNA methylation reveals a class of normally methylated
CpG island promoters. PLoS Genet 2007;3:2023-36
(3)Klose RJ, Bird AP. Genomic DNA methylation: the mark and its mediators. Trends
Biochem Sci. 2006;31:89-97
(4) Esteller M. Epigenetics in cancer. N Engl J Med. 2008; 358: 1148-1159
(5)D'Alò F, Di Ruscio A, Guidi F, Fabiani E, Greco M, Rumi C, et al. PU.1 and CEBPA
expression in acute myeloid leukemia. Leuk Res 2008; 32(9):1448-53.
(6) Yoshida H, Imamura T, Fujiki A, Hirashima Y, Miyachi M, Inukai T, Hosoi H.
Posttranscriptional modulation of C/EBPA prompts monocytic differentiation and apoptosis
in acute myelomonocytic leukaemia cells.Leuk Res 2012.
(7) Lu¨bbert M, Miller CW, Koeffler HP. Changes of DNA methylation and chromatin
structure in the human myeloperoxidase gene during myeloid differentiation. Blood 1991;
78: 345–356
(8) Ernst P, Fisher JK, Avery W, Wade S, Foy D, Korsmeyer SJ. Definitive hematopoiesis
requires the mixed-lineage leukemia gene. Dev Cell 2004; 6:437-443