Identification des facteurs de régulation épigénétique spécifiques à une lignée dans les cellules de cancer du sein par analyse de l’accessibilité de la chromatine : FOXA1 et GRHL2

Introduction

Le cancer du sein est une maladie très hétérogène qui est actuellement classée en clinique en fonction des modèles d’expression génique, des sous-types moléculaires intrinsèques et de l’expression des récepteurs hormonaux / récepteurs 2 du facteur de croissance épidermique humain (HER2). Cependant, des études ont montré qu’il existe une hétérogénéité marquée dans les tumeurs du sein au-delà de l’expression génique. Par exemple, certains cancers du sein œstrogène-récepteur positifs (ER+) présentent une accessibilité réduite des éléments de réponse aux ER, ce qui peut entraîner un mauvais pronostic. Sur la base de ces découvertes, l’identification de l’état épigénétique est particulièrement cruciale pour comprendre plus pleinement l’hétérogénéité du cancer du sein.

Les lignées cellulaires de cancer du sein sont des modèles essentiels pour étudier ce cancer, et elles sont généralement classées selon les sous-types intrinsèques et/ou le statut des récepteurs. Cependant, l’hétérogénéité épigénétique au niveau du transcriptome qui est dissimulée dans ces lignées n’a pas encore été complètement explorée. Par conséquent, pour simuler plus précisément le cancer du sein et clarifier ses mécanismes de régulation essentiels, l’analyse du paysage épigénétique des lignées cellulaires de cancer du sein est particulièrement importante.

Source de l’étude

Cette étude a été réalisée par Liying Yang, Kohei Kumegawa, Sumito Saeki, Tomoyoshi Nakadai et Reo Maruyama, sous l’égide de la Fondation de Recherche sur le Cancer de Tokyo, au Japon. Cet article a été publié dans la revue Cancer Gene Therapy en 2024.

Méthodologie de l’étude

Processus d’analyse

Tout d’abord, 23 lignées cellulaires de cancer du sein ont été analysées pour l’accessibilité de la chromatine à l’échelle du génome. Ces lignées comprennent 2 types ER+/HER2-, 3 types ER+/HER2+, 3 types HER2+ et 15 types triple négatifs (TNBC). L’analyse de l’accessibilité de la chromatine a permis de diviser ces lignées cellulaires en trois groupes : groupe des récepteurs positifs (Group-P), groupe basal des TNBC (Group-B) et groupe mésenchymal des TNBC (Group-M).

En utilisant la technologie Assay for Transposase-Accessible Chromatin sequencing (ATAC-seq), les chercheurs ont identifié 140 246 éléments régulateurs cis (CREs) reproductibles, dont une grande majorité se trouve dans des régions distales et introniques, tandis que les éléments promoteurs ne représentent que 21,7 % des CREs totaux, ce qui est cohérent avec les résultats des études antérieures.

Ensuite, en analysant les motifs de fragments liés aux nucléosomes et les scores d’enrichissement des sites de démarrage de la transcription (TSS), les chercheurs ont classé ces lignées cellulaires et confirmé les trois groupes d’accessibilité de la chromatine : Group-P, Group-B et Group-M.

Analyse d’enrichissement de motifs

Pour comprendre les différences entre ces trois sous-groupes, les chercheurs ont effectué une analyse d’enrichissement des motifs des facteurs de transcription (TF) dans les régions accessibles de la chromatine de toutes les lignées cellulaires. Les résultats montrent que le groupe des récepteurs positifs (Group-P) présente une co-enrichissement des motifs de FOXA1 et GRHL2, alors que le groupe basal (Group-B) n’affiche l’enrichissement que des motifs GRHL2, et le Group-M n’affiche aucun enrichissement de motifs.

Analyse de l’ontologie des gènes

L’analyse de l’ontologie des gènes a révélé que les régions accessibles spécifiques à Group-B et Group-P sont associées à leurs caractéristiques linéaires uniques. En outre, cette analyse a révélé des paysages épigénétiques spécifiques entre les différents groupes.

Expériences de knock-down

Pour étudier le rôle de FOXA1 et GRHL2 dans la régulation de l’accessibilité de la chromatine, les chercheurs ont réalisé des expériences de knock-down de FOXA1 et GRHL2, suivies d’analyses ATAC-seq. Les résultats montrent que FOXA1 joue un rôle de maintien de l’accessibilité des régions spécifiques à Group-P, tout en inhibant l’accessibilité des régions spécifiques à Group-B. Au contraire, GRHL2 dans les cellules de Group-B maintient l’accessibilité des régions accessibles communes à Group-P et Group-B.

Résultats de l’étude

L’analyse de l’accessibilité de la chromatine a permis aux chercheurs de découvrir que les 23 lignées cellulaires de cancer du sein testées pouvaient être divisées en trois grands sous-groupes en fonction des motifs d’accessibilité. Les résultats spécifiques sont les suivants :

• Group-P comprend les lignées ER+ et/ou HER2+, telles que T47D et MCF7.
• Group-B est principalement composé de lignées cellulaires TNBC basales, telles que HCC1937 et MDA-MB-468.
• Group-M inclut les lignées cellulaires mésenchymateuses et mésenchymateuses-stroma, telles que BT549 et MDA-MB-436.

Basé sur les motifs d’enrichissement de FOXA1 et de GRHL2, il existe une différence significative entre Group-P et Group-M. FOXA1 est enrichi de manière spécifique dans Group-P, tandis que GRHL2 est enrichi dans Group-B.

Des analyses supplémentaires montrent que les lignées cellulaires de Group-P présentent une accessibilité chromatinienne significative autour des sites de démarrage de la transcription (TSS) de FOXA1, suggérant la présence d’éléments des enhancers. Dans le Group-B, bien que les TSS de FOXA1 montrent une accessibilité modérée, ils manquent des régions d’enhancers observées dans le Group-P.

En effectuant le knock-down de FOXA1 et GRHL2, les chercheurs ont découvert que FOXA1 maintient les CREs spécifiques à Group-P et inhibe l’accessibilité des CREs spécifiques à Group-B ; inversement, GRHL2 dans les cellules de Group-B conserve l’accessibilité des CREs partagés par Group-P/B. L’analyse RNA-seq a montré que le knock-down de FOXA1 diminue l’expression des gènes associés au cycle cellulaire dans les cellules T47D, tandis que le knock-down de GRHL2 augmente l’expression des gènes associés à la transition épithélio-mésenchymateuse (EMT).

Conclusion

Les résultats de cette étude indiquent que FOXA1 et GRHL2 jouent un rôle clé dans la maintenance de l’accessibilité chromatinienne spécifique aux cellules de cancer du sein. FOXA1 régule principalement l’accessibilité dans les cellules de Group-P, tandis que GRHL2 joue des rôles différents dans les sous-groupes basal et mésenchymateux. Ces découvertes offrent de nouvelles perspectives pour comprendre l’hétérogénéité épigénétique du cancer du sein et ses mécanismes de régulation potentiels.

Points forts de l’étude

Les points forts de cette étude incluent :

1. La révélation du rôle crucial de FOXA1 en tant que facteur pionnier dans les lignées cellulaires de cancer du sein ER+.
2. L’identification du rôle significatif de GRHL2 dans les TNBC basales et comment il maintient les caractéristiques épigénétiques dans différents sous-groupes.
3. La fourniture de résultats d’analyse détaillés sur l’accessibilité chromatinienne dans les lignées cellulaires de cancer du sein, servant de référence importante pour les recherches futures sur le cancer du sein.
4. La découverte de l’action complémentaire de FOXA1 et GRHL2 dans la régulation des caractéristiques épigénétiques des cellules de cancer du sein.

Cette étude révèle l’importance de FOXA1 et GRHL2 dans la maintenance de l’accessibilité chromatinienne et des caractéristiques lignées dans les cellules de cancer du sein, offrant de nouvelles perspectives et des cibles thérapeutiques potentielles pour les études futures sur l’hétérogénéité du cancer du sein.