Нокаут гистоновой метилтрансферазы NSD1 приводит к снижению пролиферации и увеличению чувствительности к цисплатину клеток плоскоклеточного рака гортани

Введение. Метилирование гистонов является одним из механизмов, участвующих в регуляции экспрессии генов и поддерживающих стабильность генома, участвуя в репарации ДНК. Диметилирование лизина 36 на гистоне 3 (H3K36me²) является одной из важнейших гистоновых модификаций, которая характеризуется как эпигенетическая метка, ответственная за активацию экспрессии генов. H3K36me2 – продукт ферментной активности белков NSD1, NSD2, NSD3 и ASH1L. Известно, что мутации гистоновой метилтрансферазы NSD1 часто встречаются при плоскоклеточном раке головы и шеи, и наличие мутаций NSD1 положительно коррелирует с повышенной выживаемостью пациентов. Особенно эта тенденция выражена у пациентов с раком гортани.

Целью исследования стали изучение роли NSD1 в росте клеток плоскоклеточного рака гортани и немелкоклеточного рака легкого и оценка влияния нарушения экспрессии NSD1 на чувствительность клеток к цисплатину.

Материалы и методы. С использованием базы данных TCGA был проведен корреляционный анализ между наличием мутаций в гене NSD1 и выживаемостью пациентов. С помощью системы геномного редактирования CRISPR/Cas9 были созданы клеточные линии рака гортани и немелкоклеточного рака легкого с нокаутом гена NSD1. Методом иммуноблоттинга был оценен эффект нокаута NSD1 на уровень H3K36me2 в контрольных и нокаутных клетках. Также были проведены тест на пролиферацию клеток и тест на определение жизнеспособности клеток под действием цисплатина.

Результаты. Нокаут NSD1 эффективно снижает уровень H3K36me² в клеточных линиях рака гортани и рака легкого. Также на созданных клеточных моделях было продемонстрировано, что нокаут NSD1 значительно понижает пролиферативную активность клеток рака гортани и повышает эффективность лечения цисплатином, в то время как в клетках немелкоклеточного рака легкого такого эффекта обнаружено не было.

Заключение. На основе полученных данных можно сделать вывод о том, что белок NSD1 является потенциальной мишенью для разработки ингибиторов с последующим тестированием in vitro и in vivo на моделях плоскоклеточного рака головы и шеи, особенно рака гортани. Для более детального понимания того, как NSD1 регулирует рост опухолевых клеток, нужны дополнительные исследования.

1. Kanwal R., Gupta K., Gupta S. Cancer epigenetics: an introduction. Methods Mol Biol. 2015; 1238: 3–25. doi: 10.1007/978-1-4939-1804-1_1.

2. Strahl B.D., Allis C.D. The language of covalent histone modifcations. Nature. 2000; 403(6765): 41–5. doi: 10.1038/47412.

3. Bannister A.J., Kouzarides T. Regulation of chromatin by histone modifcations. Cell Res. 2011; 21(3): 381–95. doi: 10.1038/cr.2011.22.

4. Li J., Ahn J.H., Wang G.G. Understanding histone H3 lysine 36 methylation and its deregulation in disease. Cell Mol Life Sci. 2019; 76(15): 2899–2916. doi: 10.1007/s00018-019-03144-y.

5. de Krijger I., van der Torre J., Peuscher M.H., Eder M., Jacobs J.J.L. H3K36 dimethylation by MMSET promotes classical non-homologous end-joining at unprotected telomeres. Oncogene. 2020; 39(25): 4814–27. doi: 10.1038/s41388-020-1334-0.

6. Fnu S., Williamson E.A., De Haro L.P., Brenneman M., Wray J., Shaheen M., Radhakrishnan K., Lee S.H., Nickoloff J.A., Hromas R. Methylation of histone H3 lysine 36 enhances DNA repair by nonhomologous end-joining. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011; 108(2): 540–5. doi: 10.1073/pnas.1013571108.

7. Kanwal R., Gupta S. Epigenetic modifcations in cancer. Clin Genet. 2012; 81(4): 303–11. doi: 10.1111/j.1399-0004.2011.01809.x.

8. Greer E.L., Shi Y. Histone methylation: a dynamic mark in health, disease and inheritance. Nat Rev Genet. 2012; 13(5): 343–57. doi: 10.1038/nrg3173.

9. Topchu I., Pangeni R.P., Bychkov I., Miller S.A., Izumchenko E., Yu J., Golemis E., Karanicolas J., Boumber Y. The role of NSD1, NSD2, and NSD3 histone methyltransferases in solid tumors. Cell Mol Life Sci. 2022; 79(6): 285. doi: 10.1007/s00018-022-04321-2.

10. Bui N., Huang J.K., Bojorquez-Gomez A., Licon K., Sanchez K.S., Tang S.N., Beckett A.N., Wang T., Zhang W., Shen J.P., Kreisberg J.F., Ideker T. Disruption of NSD1 in Head and Neck Cancer Promotes Favorable Chemotherapeutic Responses Linked to Hypomethylation. Mol Cancer Ther. 2018; 17(7): 1585–94. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-17-0937.

11. Pan C., Izreig S., Yarbrough W.G., Issaeva N. NSD1 mutations by HPV status in head and neck cancer: diferences in survival and response to DNA-damaging agents. Cancers Head Neck. 2019; 4: 3. doi: 10.1186/s41199-019-0042-3.

12. Nosé V., Lazar A.J. Update from the 5th Edition of the World Health Organization Classifcation of Head and Neck Tumors: Familial Tumor Syndromes. Head Neck Pathol. 2022; 16(1): 143–57. doi: 10.1007/s12105-022-01414-z.

13. Peri S., Izumchenko E., Schubert A.D., Slifker M.J., Ruth K., Serebriiskii I.G., Guo T., Burtness B.A., Mehra R., Ross E.A., Sidransky D., Golemis E.A. NSD1- and NSD2-damaging mutations defne a subset of laryngeal tumors with favorable prognosis. Nat Commun. 2017; 8(1): 1772. doi: 10.1038/s41467-017-01877-7.

14. Brennan K., Shin J.H., Tay J.K., Prunello M., Gentles A.J., Sunwoo J.B., Gevaert O. NSD1 inactivation defnes an immune cold, DNA hypomethylated subtype in squamous cell carcinoma. Sci Rep. 2017; 7(1): 17064. doi: 10.1038/s41598-017-17298-x.

15. Мазитова, А.М., Топчу Ю.А., Мингазова Л.А., Биктагирова Э.М., Абрамова З.И., Габбасов Р.Т. Роль аутофагии в ответе клеток эпителиального рака яичника на воздействие цисплатином и развитие цисплатиновой устойчивости. Гены и клетки. 2020; 15(3): 44–7. doi: 10.23868/202011006.

16. Gameiro S.F., Ghasemi F., Zeng P.Y.F., Mundi N., Howlett C.J., Plantinga P., Barrett J.W., Nichols A.C., Mymryk J.S. Low expression of NSD1, NSD2, and NSD3 defne a subset of human papillomavirus-positive oral squamous carcinomas with unfavorable prognosis. Infect Agent Cancer. 2021; 16(1): 13. doi: 10.1186/s13027-021-00347-6.

17. Sánchez-Rivera F.J., Jacks T. Applications of the CRISPR-Cas9 system in cancer biology. Nat Rev Cancer. 2015; 15(7): 387–95. doi: 10.1038/nrc3950.

18. Husmann D., Gozani O. Histone lysine methyltransferases in biology and disease. Nat Struct Mol Biol. 2019; 26(10): 880–9. doi: 10.1038/s41594-019-0298-7.

19. Saloura V., Cho H.S., Kiyotani K., Alachkar H., Zuo Z., Nakakido M., Tsunoda T., Seiwert T., Lingen M., Licht J., Nakamura Y., Hamamoto R. WHSC1 promotes oncogenesis through regulation of NIMA-related kinase-7 in squamous cell carcinoma of the head and neck. Mol Cancer Res. 2015; 13(2): 293–304. doi: 10.1158/1541-7786.MCR-14-0292-T.

20. Saloura V., Vougiouklakis T., Zewde M., Kiyotani K., Park J.H., Gao G., Karrison T., Lingen M., Nakamura Y., Hamamoto R. WHSC1L1 drives cell cycle progression through transcriptional regulation of CDC6 and CDK2 in squamous cell carcinoma of the head and neck. Oncotarget. 2016; 7(27): 42527–38. doi: 10.18632/oncotarget.9897.