Un studiu structural dezvăluie funcții nebănuite ale proteinei MLL4 în reglementarea cancerului
Modificatorul epigenetic MLL4 are un nume modest, însă acesta joacă un rol semnificativ: în cazul unei forme specifice de leucemie, contribuie la progresia bolii, iar în tumorile solide, acționează ca un supresor.
Complexitatea paradoxală a MLL4 a reprezentat o enigmă pentru Robert Roeder de la Universitatea Rockefeller, un specialist recunoscut în domeniul transcrierii genetice. Laboratorul său de Biochimie și Biologie Moleculară a folosit o combinație de biochimie, genetică și biologie structurală pentru a descoperi caracteristici surprinzătoare ale MLL4, care extind înțelegerea funcțiilor sale, inclusiv relația cu o proteină supresoare a tumorilor. Rezultatele, publicate în Molecular Cell, ar putea clarifica modul în care complexul MLL4 ajută la activarea genelor, inclusiv a genelor canceroase în leucemie.
„Această cercetare demonstrează că MLL4 are funcții în transcriere care erau complet necunoscute până acum”, afirmă Roeder. „Și deoarece MLL4 este un regulator cheie al activității genice, este esențial să înțelegem cum funcționează, în special în celulele canceroase.”
MLL4 este unul dintre cei șase membri ai familiei de histone metiltransferaze MLL, fiecare având un rol unic în metilarea histonei 3 la lizina 4 (H3K4), ceea ce reglează activarea downstream a genelor. De asemenea, MLL4 funcționează ca un cofactor de transcriere, având roluri esențiale în diferențierea țesuturilor, dezvoltarea organismului și, în funcție de contextul celular, în cancer. Importanța sa este subliniată de faptul că se găsește în practic toate celulele mamiferelor și este cea mai mare proteină din nucleul mamiferelor.
În leucemiile rearrangiate MLL, MLL4 protejează celulele leucemice de stresul oxidativ și genotoxic și ajută la menținerea celulelor stem leucemice într-o stare nediferențiată și auto-reînnoitoare, în timp ce cooperează cu p53, un factor de transcriere și proteină uneori numită „păzitorul genomului” pentru rolul său în activarea genelor implicate în răspunsul celular la daunele ADN. (De asemenea, mutația p53 este asociată cu multe tipuri de cancer.)
Mecanismele moleculare ale acestei cooperări au rămas neclare. Jianfeng Sun, un biolog structural și asociat postdoctoral în laboratorul lui Roeder, a realizat că o înțelegere mai bună a structurii MLL4 ar putea oferi claritate. „Știm că există patru subunități pe care MLL4 le împărtășește cu ceilalți membri ai familiei sale de metilare a histonelor, dar are și alte subunități care îi sunt unice, iar imagini de înaltă rezoluție ale acestor structuri nu sunt disponibile”, explică Sun. „Ne-am întrebat dacă o imagine mai completă a întregului complex de nouă subunități ar oferi informații despre cum promovează transcrierea.”
Sun a folosit o combinație de imagistică cryo-EM, genetică și un sistem de transcriere in vitro dezvoltat în laboratorul lui Roeder. Imagistica a dezvăluit primul model complet al celor nouă subunități ale MLL4, cinci dintre ele fiind unice, în multiple conformații. Interesant este că MLL4 se fixează pe nucleozom cu structuri rigide, dar își desfășoară un „braț” flexibil pentru a căuta histonele pe care le marchează cu un marker de metilare – un comutator activator pentru gene.
„Am descoperit de asemenea că regiunea N-terminală se pliază înapoi pe regiunea C-terminală pentru a forma o arhitectură structurală unică, esențială pentru funcția de coactivare transcripțională a MLL4, precum și pentru transcrierea dependentă de p53 în celule,” adaugă el.
Informații suplimentare au fost obținute prin eliminarea genetică a MLL4, ceea ce a dus la o activare redusă a genelor țintă ale p53 – care implică adesea mecanisme de protecție genomică, cum ar fi oprirea ciclului celular, repararea ADN-ului și moartea celulară programată. Fără MLL4, eficiența p53 ca factor de transcriere – și păzitor al genomului – a fost practic afectată.
„Aceasta a fost o descoperire foarte surprinzătoare”, afirmă Roeder. „Funcția principală a MLL4 în transcrierea genică este prin metilarea histonei 3, iar totuși vedem că este esențială și pentru transcrierea genelor țintă ale p53 ca un coactivator direct al p53. Aceasta este o a doua funcție complet nouă.”
Următorul pas al cercetării lor este să investigheze modul în care MLL4 interacționează cu factorii de transcriere ai leucemiei – în esență paralele cu p53 – pentru a obține o înțelegere mai bună a mecanismelor moleculare care stau la baza funcțiilor sale contextuale în cancer.
„Pe termen lung, dorim să știm cum acest MLL4 poate susține programele de transcriere asociate leucemiei într-un context și supresia tumorilor în altul,” afirmă Roeder.
