Nuevos mecanismos de regulación epigenética del factor clave en identidad celular TET2

Llegar a entender los mecanismos moleculares que gobiernan la identidad de cada tipo celular que forma parte de nuestro organismo sigue siendo uno de los mayores desafíos científicos en biomedicina. Con fines terapéuticos, resulta de especial relevancia identificar los mecanismos moleculares que se encuentran alterados a nivel celular y dan lugar a una determinada enfermedad. A este respecto, cabe destacar que numerosos mecanismos epigenéticos se encuentran desregulados en diversas patologías humanas incluyendo alteraciones metabólicas, desórdenes neurodegenerativos y cáncer. La epigenética se podría definir como aquellas modificaciones químicas en histonas, moléculas de ADN y ARN que definen los diferentes paisajes transcripcionales de cada tipo celular. Este mecanismo de regulación permite que, por ejemplo, una neurona y un hepatocito de un individuo con un mismo material genético puedan llegar a tener funciones bien diferenciadas.

Entre las modificaciones epigenéticas caracterizadas hasta la fecha, se encuentra la metilación en las citosinas del ADN (5mC) en la cromatina. Los niveles de 5mC resultan críticos en la regulación transcripcional y aparecen alterados en varias enfermedades humanas como el cáncer. Sin embargo, a pesar de su importancia en el control de la expresión génica, tuvieron que pasar varias décadas hasta que se identificó a las proteínas TET, capaces de regular de manera activa esta importante marca epigenética (Tahiliani et al., 2009). Las proteínas TET (Ten-eleven-translocation) poseen la capacidad de oxidar químicamente los grupos metilo de las citosinas, dando lugar a intermediarios como la 5-hidroximetilcitosina (5hmC), que en última instancia lleva a la eliminación de la marca represora del ADN, 5mC.

Entre los tres miembros de la familia TET, el factor TET2 destaca por su papel central en la regulación de la identidad de las células madre embrionarias (Fidalgo et al., 2016) y por encontrarse desregulado en cánceres, especialmente en leucemias (Bowman and Levine, 2017). Sin embargo, hasta el momento se desconocía el mecanismo molecular a través del cual TET2 se recluta a la cromatina para ejercer su función. Por ello, decidimos identificar las proteínas que interaccionan con TET2 y que podrían mediar en su localización específica en la cromatina.

Entre todos los candidatos que encontramos, nos llamó la atención una proteína, conocida como PSPC1, que poseía la habilidad de unirse tanto a moléculas de ADN como de ARN (Guallar et al., 2018). Interesantemente, encontramos que PSPC1 no sólo era responsable de la presencia de TET2 en la cromatina, sino que esta función dependía de la capacidad de PSPC1 de interaccionar con moléculas de ARN. En este sentido, nuestro estudio apoyaba a otros trabajos recientes mostrando la existencia de una mutua retroalimentación a nivel de regulación entre epigenética y transcripción.

Por otro lado, nuestros análisis determinaron que el complejo TET2-PSPC1 era capaz de modificar químicamente las moléculas de ARN con las que interaccionaba, mediante la oxidación de grupos 5-metilo- a 5-hidroximetilo en sus citosinas. Este descubrimiento ponía de relieve la existencia de un nuevo mecanismo de regulación epigenética a través del control del balance entre los niveles de las marcas 5mC y 5hmC en el ARN, lo que se vio apoyado por un estudio realizado por un grupo independiente (Shen et al., 2018).

Entre los tres miembros de la familia TET, el factor TET2 destaca por su papel central en la regulación de la identidad de las células madre embrionarias. Imagen: estructura molecular de TET2 unido al ADN. RSCB PDB 5DEU.

Además, encontramos que entre los ARNs modificados por el complejo TET2-PSPC1, destacaba la presencia de retrovirus endógenos (ERVs). Estos fragmentos repetitivos de ADN conforman hasta el 20% de nuestro genoma, y su desregulación está siendo intensamente investigada por su relación con enfermedades asociadas al proceso de envejecimiento (ej. Alzheimer, ELA y cáncer) (Pal and Tyler, 2016). En nuestro trabajo, encontramos que TET2 regula a nivel post-transcripcional las moléculas de ARN que contienen a los ERVs. En concreto, la interacción de TET2 con estas especies a través de PSPC1 conlleva la oxidación de la marca 5mC, llevando a la desestabilización de dichas moléculas de ARN. De esta forma, el complejo TET2-PSPC1 contribuye a la estricta regulación de los ERVs. Esto resulta de especial relevancia, ya que la desregulación en los niveles de estos elementos parasíticos va a interferir con el correcto funcionamiento de la célula huésped a diferentes niveles. Por un lado, en el momento de la integración en el genoma, una nueva copia de estos elementos puede afectar la expresión de los genes cercanos al sitio de integración. Además, algunos de estos elementos pueden llegar a expresar proteínas virales que interferirían con la correcta toma de decisiones celulares.

Dada la importancia de regular de forma precisa la expresión de los ERVs en cada tipo celular de nuestro organismo, no nos resultó extraño encontrar que, además de la ya descrita función catalítica sobre dichos RNAs, el complejo TET2-PSPC1 contribuía con un segundo nivel de regulación adicional al control de esto elementos móviles. En concreto, identificamos que este complejo participaba en el reclutamiento de proteínas con actividad deacetilasa de histonas (HDAC1/2). Nuestros resultados posicionan a TET2 en un lugar preferente sobre la regulación de estos elementos parasíticos de ADN a nivel celular.

En conjunto, en nuestro estudio mostramos por primera vez que TET2, considerada únicamente como una proteína clave en el control de los niveles de metilación en el ADN, posee la capacidad de modificar moléculas de ARN a través de la deposición de la marca epigenética 5hmC. Teniendo en cuenta la naturaleza reversible de estas modificaciones químicas, nuestros hallazgos sitúan tanto a TET2 como a su compañero PSPC1 como posibles dianas terapéuticas a examinar cuidadosamente en patologías asociadas con desregulación de los retrovirus endógenos. Además, la caracterización de las dianas de TET2 en diversos contextos celulares de homeóstasis y patogénesis será clave para entender cómo la desregulación de la función de este factor epigenético contribuye al desarrollo de enfermedades de gran impacto en nuestra sociedad.

Referencia: Guallar, et al. RNA-dependent chromatin targeting of TET2 for endogenous retrovirus control in pluripotent stem cells. Nat Genet. 2018 Feb 26. doi: http://dx.doi.org/10.1038/s41588-018-0060-9

Bibliografía

Bowman, R.L., and Levine, R.L. (2017). TET2 in Normal and Malignant Hematopoiesis. Cold Spring Harb. Perspect. Med. 7, a026518.

Fidalgo, M., Huang, X., Guallar, D., Sanchez-Priego, C., Valdes, V.J., Saunders, A., Ding, J., Wu, W.S., Clavel, C., and Wang, J. (2016). Zfp281 Coordinates Opposing Functions of Tet1 and Tet2 in Pluripotent States. Cell Stem Cell 19, 355–369.

Pal, S., and Tyler, J.K. (2016). Epigenetics and aging. Sci. Adv. 2, e1600584.

Shen, Q., Zhang, Q., Shi, Y., Shi, Q., Jiang, Y., Gu, Y., Li, Z., Li, X., Zhao, K., Wang, C., et al. (2018). Tet2 promotes pathogen infection-induced myelopoiesis through mRNA oxidation. Nature 554, 123–127.

Tahiliani, M., Koh, K.P., Shen, Y., Pastor, W.A., Bandukwala, H., Brudno, Y., Agarwal, S., Iyer, L.M., Liu, D.R., Aravind, L., et al. (2009). Conversion of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine in mammalian DNA by MLL partner TET1. Science (80-. ). 324, 930–935.

Imagen superior: La epigenética permite que, por ejemplo, una neurona y un hepatocito de un individuo con un mismo material genético puedan llegar a tener funciones bien diferenciadas. Imagen: Darryl Leja, National Human Genome Research institute (www.genome.gov)

Diana Guallar ¹ y Miguel Fidalgo ¹

¹Centro de Investigación en Medicina Molecular y Enfermedades Crónicas (CiMUS), Universidade de Santiago de Compostela–Instituto de Investigación Sanitaria (IDIS), Santiago de Compostela, Coruña, España.