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Scientific Reports volume 13, numero articolo: 12749 (2023) Citare questo articolo

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La disregolazione epigenetica della cromatina è uno dei tratti distintivi dello sviluppo e della progressione del cancro ed è continuamente studiata come potenziale biomarcatore generale di questa complessa malattia. Uno dei fattori nucleari coinvolti nella regolazione genetica è l’esclusiva proteina DEK, uno chaperone istonico che modula la topologia della cromatina. I livelli di espressione di DEK aumentano significativamente dalle cellule normali a quelle tumorali, aumentando quindi la possibilità di utilizzare DEK come marcatore tumorale. Sebbene sia noto che DEK è implicato nella regolazione epigenetica e trascrizionale, i dettagli di queste interazioni e la loro rilevanza nello sviluppo del cancro rimangono in gran parte sfuggenti. In questo lavoro, abbiamo studiato la correlazione spaziale tra la distribuzione nucleare di DEK e i modelli di cromatina, insieme alla progressione del cancro al seno, sfruttando la spettroscopia di correlazione incrociata delle immagini (ICCS) accoppiata con l'analisi del Proximity Ligation Assay (PLA). Abbiamo eseguito il nostro studio sul modello basato su tre linee cellulari mammarie umane consolidate per considerare l'eterogeneità di questo tumore (cellule MCF10A, MCF7 e MDA-MB-231). I nostri risultati mostrano che la sovraespressione di DEK è correlata al livello complessivamente più elevato di prossimità spaziale tra DEK e segni istonici corrispondenti alle regioni dei promotori dei geni (H3K9ac, H3K4me3), sebbene non sia correlata alla prossimità spaziale tra DEK e potenziatori dei geni (H3K27ac). Inoltre, abbiamo osservato che le frazioni colocalizzanti di DEK e i segni istonici sono inferiori per il sottotipo cellulare non invasivo rispetto alla linea cellulare altamente invasiva (MDA-MB-231). Pertanto, questo studio suggerisce che il ruolo della DEK sulle regioni della cromatina trascrizionalmente attive varia a seconda del sottotipo della linea cellulare del cancro al seno.

La condizione fisiologica del DNA della cromatina viene mantenuta sulla base di una complessa armata di processi che lavorano in azione concertata per garantire la regolazione del DNA. Tra tutti i meccanismi coinvolti, la modificazione degli istoni rappresenta uno dei tratti distintivi1. Queste modifiche – ad esempio acetilazione, metilazione, fosforilazione e ubiquitinazione – vengono spesso definite “codice epigenetico”2, poiché influenzano l'accessibilità del meccanismo di trascrizione al DNA senza alterare direttamente la sequenza del DNA. In effetti, il codice epigenetico svolge un ruolo cruciale nell’orchestrare la maggior parte dei processi legati al DNA. Livelli non fisiologici di modificazioni istoniche sono comuni in varie malattie umane, ad esempio malattie autoimmuni, malattie neurodegenerative, malattie cardiovascolari e cancro3, e, come tali, sono spesso coinvolti nel processo di prognosi4. Ad esempio, nel contesto del cancro al seno, lo squilibrio tra acetilazione e metilazione delle code degli istoni provoca un'apertura o chiusura insolita della struttura della cromatina5, e molti altri segni epigenetici, ad esempio l'ubiquitinazione, sono altamente deregolamentati6,7,8,9, 10,11,12. In generale, l'alterazione del normale pattern epigenetico potrebbe rappresentare uno dei primi passi nel processo di trasformazione oncogenica13.

Le modifiche degli istoni regolano l'espressione genica modulando l'accessibilità spaziale al genoma di varie proteine ​​coinvolte nelle fasi del processo di trascrizione, spesso indicato come meccanismo di trascrizione. Tuttavia, la modificazione degli istoni non è l’unico meccanismo che influenza la regolazione genica: infatti, una varietà di proteine ​​svolgono un ruolo significativo a questo scopo, essendo coinvolte nelle varie fasi del processo di trascrizione. Uno dei fattori cellulari implicati nella regolazione genica è la proteina DEK, coinvolta anche in numerosi meccanismi oncogeni14,15. La sovraespressione della proteina DEK è costantemente associata ad un aumento della proliferazione cellulare, alla progressione del tumore, alla prognosi sfavorevole dei pazienti e, di conseguenza, allo stadio avanzato del cancro. Inoltre, questo fattore nucleare ubiquitario si lega a molti geni altamente e comunemente espressi16 ed è coinvolto nella regolazione genetica nelle cellule del cancro al seno17. In questo contesto, è di grande interesse indagare ulteriormente le interazioni di DEK con la struttura aperta della cromatina. Per fare ciò, abbiamo scelto la microscopia a fluorescenza confocale multicolore, uno degli strumenti più potenti e versatili per studiare la co-distribuzione spaziale delle proteine ​​nucleari. Per aumentare il contenuto informativo recuperato dai dati di imaging grezzi, abbiamo sfruttato l'analisi della spettroscopia di correlazione incrociata delle immagini basata su pixel (ICCS), recentemente applicata in un contesto simile18,19,20. Grazie all'approccio ICCS è possibile caratterizzare la colocalizzazione di DEK con marcatori cromatinici, ottenendo così una misura indiretta delle loro interazioni funzionali. Per essere in grado di convalidare queste potenziali interazioni, è spesso utile integrare il test di colocalizzazione dell'imaging con tecniche in situ, ad esempio Förster Resonance Energy Transfer (FRET) o co-immunoprecipitazione in vitro. Nel nostro studio, abbiamo abbinato l'analisi ICCS al Proximity Ligation Assay (PLA), una soluzione promettente per visualizzare la prossimità su scala nanometrica tra due fattori etichettati21,22. Infatti, questo metodo sfrutta l'immunocolorazione indiretta e un successivo test che coinvolge enzimi per rivelare le interazioni delle proteine ​​endogene che si trovano a meno di 40 nm di distanza23.