Dans une étude récente publiée dans Nature, les chercheurs ont identifié les déterminants génétiques de la formation des micronoyaux (MN).
Étude: Déterminants génétiques de la formation de micronoyaux in vivo. Crédit d’image : Dimarion/Shutterstock.com
Arrière-plan
L’instabilité génomique et l’accumulation extracellulaire de MN sont les caractéristiques de divers troubles, notamment les maladies liées à l’inflammation, le cancer et le vieillissement. Les MN sont des fragments de chromosomes formés en raison d’erreurs de ségrégation mitotique ou de cassures d’ADN non réparées.
Les MN sont protégés par une enveloppe nucléaire atypique et peuvent persister pendant plusieurs générations cellulaires, acquérir des marques épigénétiques aberrantes et répliquer leur ADN.
De plus, l’enveloppe nucléaire du MN peut se rompre, entraînant une accumulation de dommages à l’ADN du MN, une recombinaison chromosomique et une puissante réponse pro-inflammatoire pouvant conduire à une sénescence cellulaire.
L’étude et les résultats
La présente étude a examiné les facteurs régulant la formation de MN in vivo. Ils ont examiné plus de 6 000 souris sur 997 lignées mutantes avec perte de fonction en utilisant une méthode de détection qui dénombrait le MN dans les érythrocytes.
Cela définit les gènes sur lesquels la perturbation diminue (-MN) ou augmente (+MN) la formation et l’accumulation de MN par rapport aux contrôles de type sauvage (WT). Les résultats ont été regroupés en trois niveaux (1 à 3) en fonction de leur signification statistique.
Le niveau 1 contenait 27 gènes -MN et 29 +MN à p <0,001, le niveau 2 comprenait 26 gènes -MN et 23 +MN à p <0,005, et le niveau 3 comprenait des gènes 21-MN et 19 +MN à p <0,01.
Ensuite, l’équipe a sélectionné sept gènes -MN (ABCB6, DUSP7, JMJD1C, HMX3, KLK9, PIAS2, et TATDN3) du niveau 1 et les a perturbés à l’aide de courtes répétitions palindromiques regroupées et régulièrement intercalées (CRISPR) –CRISPR-unprotéine associée 9 (Cas9) édition dans des cellules humaines CHP-212.
Les cellules ont été soumises à une faible dose chronique d’hydroxyurée qui a augmenté le taux basal moyen de MN de 1,5 % à 5 % dans les cellules WT.
Fréquence MN dans l’ADN topoisomérase III alpha (TOP3A)-knockout (KO) et réplication de l’ADN et cohésion des chromatides sœurs 1 (DSCC1Les contrôles positifs )-KO étaient respectivement de 26,04 % et 9,6 %.
Une diminution de la micronucléation a été observée après la perturbation de l’inhibiteur protéique de la stat 2 activée (PIAS2) (2,91%), phosphatase 7 à double spécificité (DUSP7) (2,19 %), et le domaine TatD DNase contenant 3 (TATDN3) (1,31 %).
En outre, les analyses de phénotypage de toutes les lignées mutantes de souris ont révélé le rôle des résultats sélectionnés dans le maintien de l’homéostasie, plusieurs lignées présentant des phénotypes associés à une mortalité plus élevée et à un dysfonctionnement métabolique, neuronal, squelettique et immunitaire.
De plus, les chercheurs ont intégré ces résultats à l’étude d’association pangénomique (GWAS) sur la perte de Y (LOY) pour évaluer la pertinence humaine des résultats d’écran MN.
Les locus LOY ont été enrichis pour les orthologues humains des gènes MN. En outre, les gènes liés à la MN ont été établis comme étant associés à la maladie ou contribuant à la tumorigenèse.
Parmi le groupe +MN, une classe de gènes comprenait des facteurs impliqués dans la cohésion des chromatides sœurs et des défauts dans les orthologues humains de ces gènes entraînent des syndromes multiorganiques appelés cohésinopathies.
L’équipe a étudié le rôle de DSCC1 (l’un des gènes de cette classe) dans les maladies humaines en analysant les données de la biobanque du Royaume-Uni (UK).
Ils ont observé des variantes génétiques communes associées à la densité minérale osseuse (DMO) et à l’indice de masse corporelle, qui semblent conférer leurs effets à travers des modifications. DSCC1 expression.
De plus, de rares protéines tronquantes DSCC1 les variantes ont également montré des associations suggestives avec la DMO (indépendamment des variantes courantes). Les chercheurs ont caractérisé le Dscc1-des souris mutantes car ce mutant présentait l’augmentation de MN la plus significative.
Dscc1-mutant (Dscc1-/-) les souris étaient sous-viables au jour embryonnaire 14,5 (E14.5). Les mutants survivants présentaient un poids corporel plus élevé, des anomalies squelettiques, une teneur en minéraux osseux plus élevée et une atrophie testiculaire.
Cultures de Dscc1-/- les fibroblastes embryonnaires de souris (MEF) isolés d’embryons E13.5 ont montré une croissance plus lente et une instabilité génomique plus élevée que ceux des compagnons de portée WT (Dscc1+/+).
Des cassures et réarrangements chromosomiques importants ont également été observés chez Dscc1-/- MEF. Dscc1-les mutants présentaient une latence tumorale considérablement réduite, ce qui suggère que DSCC1 peut agir comme suppresseur de tumeur.
DSCC1 la perturbation par knockdown (KD) dans les cellules souches pluripotentes induites par l’homme (iPS) a provoqué la déstabilisation des deux autres composants du complexe du facteur de réplication alternatif C (RFCCTF18). Ils ont augmenté l’abondance des protéines de réponse aux dommages de l’ADN.
En outre, un criblage CRISPR-Cas9 à l’échelle du génome a été réalisé pour les gènes qui affectent la prolifération de DSCC1-cellules iPS humaines déficientes.
Cela a révélé quatre gènes (suppresseurs de phénotype) qui pourraient (une fois perturbés) sauver partiellement le défaut de prolifération, et cinq gènes (améliorateurs de phénotype) qui (une fois perturbés) réduisaient encore leur aptitude/prolifération.
L’équipe s’est concentrée sur la relation entre DSCC1 et la sirtuine 1 (SIRT1), l’un des suppresseurs de phénotype. Ils ont observé que SIRT1 KO dans les cellules HEK293 a partiellement sauvé les défauts de viabilité cellulaire causés par DSCC1 épuisement.
Traiter DSCC1-des cellules iPS mutantes avec du selisistat, un inhibiteur sélectif de SIRT1, ont partiellement sauvé la prolifération cellulaire et réduit la formation de MN.
Conclusions
Ensemble, les chercheurs ont identifié plus de 100 gènes liés à la formation de MN. Ceux-ci comprenaient Dscc1-/-un mutant semi-viable présentant des anomalies neurologiques, développementales, structurelles, reproductives et squelettiques et une prédisposition tumorale.
Perturbation de DSCC1 a provoqué une perte de viabilité cellulaire qui a été partiellement sauvée en inhibant SIRT1.
Ces données constituent collectivement une ressource de déterminants génétiques de l’instabilité génomique et fournissent une plate-forme pour identifier les modificateurs fonctionnels/génétiques pertinents pour les maladies humaines.
