Sur le rôle du réarrangement spécifique de l’acétylation de la lysine 9 de l’histone H3 (H3K9ac) dans la progression et la métastase du carcinome épidermoïde de l’œsophage (ESCC)

Introduction générale

Le cancer de l’œsophage est l’un des tumeurs malignes les plus courantes et agressives dans le monde entier, provoquant plus de 500 000 décès liés au cancer chaque année, ce qui en fait la sixième cause de décès par cancer. Le carcinome épidermoïde de l’œsophage (ESCC) représente près de 90 % des cas de cancer de l’œsophage, affectant principalement les populations d’Asie de l’Est et d’Afrique. Malgré des progrès considérables dans les traitements au cours des dernières décennies, le taux de survie à cinq ans de l’ESCC reste inférieur à 20 %, principalement en raison des symptômes précoces subtils, de la détection tardive avec des tumeurs déjà avancées ou des métastases ganglionnaires régionales, qui mènent souvent à des récidives ou des métastases à distance.

Il est actuellement admis que la majorité des cancers humains résultent d’une interaction entre mutations génétiques et modifications épigénétiques, y compris la méthylation de l’ADN et les modifications post-traductionnelles des histones (PTMs). Les anomalies génomiques de l’ESCC ont été largement étudiées, mais l’absence de mutations motrices fait que les stratégies thérapeutiques guidées par le génome ne sont pas encore courantes. En revanche, la plasticité et la réversibilité des modifications épigénétiques en font des cibles idéales pour les stratégies anticancéreuses. Par conséquent, il est crucial d’évaluer précisément les réarrangements épigénétiques dans la progression et la métastase de l’ESCC.

Recherche et avancées

Cet article, rédigé en collaboration par des chercheurs de la Faculté de bio-ingénierie de l’Université médicale de Wenzhou, du Premier Hôpital affilié à l’Université médicale de Wenzhou, de l’Hôpital populaire numéro neuf affilié à l’Université Jiao Tong de Shanghai, et d’autres institutions, a été publié dans la revue Cancer Gene Therapy. L’objectif principal de cette recherche est de décrypter les mécanismes par lesquels l’H3K9ac influence la progression et la métastase de l’ESCC, et d’explorer sa valeur en tant que cible thérapeutique potentielle.

Cette étude se concentre sur la distribution du H3K9ac à l’échelle du génome et compare avec H3K27ac, une autre marque épigénétique active. Des échantillons de tissus normaux adjacents (nor), de tumeurs primaires (ec) et de métastases ganglionnaires (lnc) de trois patients atteints d’ESCC ont été analysés via immunoprécipitation de chromatine suivie de séquençage haut débit (ChIP-seq) pour cartographier la distribution du H3K9ac, intégrée aux données H3K27ac précédemment générées. Ces cartes ont été combinées aux données de transcriptome total et de séquençage d’ARN de cellule unique (scRNA-seq) pour révéler les caractéristiques et confirmer les modèles de régulation du H3K9ac dans la progression et la métastase de l’ESCC.

Méthodologie et processus de recherche

Processus expérimental

La recherche comprend principalement les étapes suivantes :

1. Collecte et traitement des échantillons :

   • Sélection de trois patients atteints d’ESCC, extraction de tissus normaux adjacents, de tumeurs primaires et de métastases ganglionnaires.
   • Les échantillons sont analysés par immunoprécipitation de chromatine suivie de séquençage haut débit (ChIP-seq) pour cartographier les distributions de H3K9ac et H3K27ac.

2. Traitement et analyse des données :

   • Contrôle de la qualité et alignement des données de séquençage H3K9ac et H3K27ac.
   • Élimination des effets de lot avec des méthodes de normalisation pour assurer la comparabilité des signaux entre différents ensembles de données.

3. Analyse des pics et étude des régions spécifiques :

   • Analyse des superpositions de pics pour découvrir les régions spécifiques à H3K9ac et H3K27ac.
   • Analyse des motifs d’ADN pour prédire les facteurs de transcription enrichis dans les régions de H3K9ac ou H3K27ac.

4. Identification des pics différentiels :

   • Identification des pics différentiels de H3K9ac et H3K27ac entre les échantillons EC et LNC.
   • Analyse de regroupement hiérarchique non supervisée pour déterminer les groupes spécifiques de signaux H3K9ac et H3K27ac.

5. Analyse de la fonctionnalité :

   • Analyse des ontologies géniques (GO) et du Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) pour comprendre la fonction des gènes associés à H3K9ac et leur rôle dans le cancer.
   • Verification des différences fonctionnelles entre les groupes de gènes via l’analyse d’enrichissement des ensembles de gènes (GSEA).

6. Validation expérimentale in vitro :

   • Validation de la régulation des gènes cibles par H3K9ac, en utilisant des expériences de knock-out génique pour le gène msi1.
   • Evaluation des effets de la suppression de H3K9ac sur la prolifération et la migration des cellules ESCC par les essais CCK-8 et de migration Transwell.

Résultats principaux

1. Distribution spécifique des régions H3K9ac et H3K27ac :

   • H3K9ac et H3K27ac occupent des régions différentes dans les tissus normaux, avec des régions uniques significativement plus nombreuses pour H3K9ac. L’analyse de motifs montre que les régions spécifiques de H3K9ac sont riches en facteurs de transcription importants pour la régulation de la croissance et de la différenciation cellulaires.

2. Caractéristiques épigénétiques du réarrangement de H3K9ac dans l’ESCC :

   • L’analyse des données ChIP-seq révèle des différences dans les régions spécifiques de H3K9ac entre les échantillons de tumeurs primaires et de métastases ganglionnaires, enrichies en gènes oncogènes comme msi1.

3. Le transcriptome supporte le mode de régulation H3K9ac :

   • L’intégration des données de transcriptome montre l’expression accrue des gènes dans les régions enrichies en H3K9ac et la suppression de l’expression dans les régions dépourvues de H3K9ac.
   • Les analyses de niveau d’expression génique vérifient la corrélation positive significative entre H3K9ac et l’activité transcriptionnelle génique.

4. Réarrangement spécifique de H3K9ac et son rôle fonctionnel dans la tumorigenèse et la métastase :

   • Mise en évidence du rôle du réarrangement spécifique de H3K9ac dans les voies de signalisation tumorale, en particulier l’établissement et le maintien de la polarité cellulaire, les jonctions associées, et la migration cellulaire de type amiboïde.
   • La séquençage d’ARN de cellule unique révèle l’hétérogénéité des cellules ESCC à différents stades de la maladie, avec un enrichissement des gènes des groupes g2 et g5 dans les cellules mésenchymateuses à fort potentiel migratoire.

Validation des résultats expérimentaux

a) Expériences in vitro : En réduisant l’expression de H3K9ac dans les cellules ESCC via l’interférence ARN (shRNA), il a été observé que l’expression du gène cible msi1 diminuait significativement, inhibant ainsi la prolifération et la capacité de migration des cellules ESCC.

b) Pertinence clinique : Une analyse des données du TCGA (The Cancer Genome Atlas) a montré que la surexpression de msi1 est significativement corrélée avec les métastases ganglionnaires et un mauvais pronostic de survie chez les patients atteints d’ESCC.

Conclusion et valeur de la recherche

Cette étude démontre le rôle unique du réarrangement spécifique de H3K9ac dans le développement de l’ESCC, révélant sa corrélation étroite avec les anomalies du transcriptome et soulignant sa valeur potentielle comme cible thérapeutique en épigénétique.

Valeur scientifique : - La recherche approfondit notre compréhension du rôle de H3K9ac dans la régulation épigénétique du cancer, révélant pour la première fois son modèle de réarrangement spécifique distinct de celui de H3K27ac.

Valeur appliquée : - Les résultats de cette étude offrent de nouvelles cibles et stratégies pour le traitement personnalisé et l’évaluation du pronostic de l’ESCC à travers la régulation épigénétique de H3K9ac.

Points forts de la recherche : - En combinant les données ChIP-seq, RNA-seq et scRNA-seq, cette étude dévoile de manière exhaustive le rôle de H3K9ac dans la progression et la métastase de l’ESCC. - Les expériences in vitro valident l’effet de la régulation de H3K9ac sur le gène cible msi1, jetant ainsi les bases pour des recherches futures.

Bien que le nombre d’échantillons étudiés soit limité, les résultats fournissent des indications importantes pour explorer davantage le potentiel de H3K9ac en tant que cible thérapeutique dans le traitement de l’ESCC, offrant de nouvelles voies pour la thérapie du cancer par la régulation épigénétique.