Metilases e Desmetilases de Histonas: variantes somáticas no câncer e seus impactos na regulação epigenética

Abstract

O câncer é uma doença resultante do acúmulo de mutações e de alterações epigenéticas da cromatina. Define-se epigenoma como o conjunto de modificações bioquímicas do DNA, principalmente a metilação em dinucleotídeos CpG, e das modificações pós-traducionais das histonas que, em conjunto, regulam a acessibilidade da cromatina e a expressão gênica. Nas últimas décadas, importantes avanços técnicos permitiram a identificação das diferentes modificações das histonas bem como a compreensão das suas funções em diversos processos biológicos fundamentais como a transcrição, replicação e reparo do DNA. As enzimas que catalisam a adição ou a remoção das modificações pós-traducionais das histonas e as proteínas que as leem também foram caracterizadas. Neste contexto, a cromatina está implicada nas respostas dinâmicas a vários sinais e componentes celulares que estão corrompidos no câncer: alguns resíduos de aminoácidos sujeitos às modificações epigenéticas encontram-se mutados nas histonas; em adição, as enzimas efetoras também estão alteradas no câncer e atuam como mutações condutoras (“driver mutations”). Recentemente, uma análise pan-câncer utilizando uma abordagem de sequenciamento do exoma para a identificação de variantes somáticas identificou 299 proto-oncogenes que estão frequentemente mutados, com destaque para 12 genes que codificam enzimas envolvidas na metilação e desmetilação de lisinas de histonas. O objetivo deste trabalho foi interpretar o impacto das variantes somáticas adquiridas mais frequentes em metilases e desmetilases de lisina das histonas (KMTs e KDMs) no câncer, pelo uso de dados públicos do projeto The Cancer Genome Atlas (TCGA). Baseado numa lista de 132 genes da maquinaria epigenética, 43 e 25 genes com produtos protéicos anotados e curads foram definidos como KMTs e KDMs, respectivamente. Os domínios funcionais dessas proteínas foram delimitados e alinhados com as variantes somáticas adquiridas descritas no banco de dados COSMIC (Catalogue Of Somatic Mutations In Cancer). As variantes foram classificadas quanto à evidência de patogenicidade segundo os critérios do American College of Medical Genetics and Genomics (ACMG). Foram identificadas um total de 13066 variantes nas KMTs, sendo que as mais frequentes foram as mutações missense (52,95%), silenciosas (19,70%), nonsense (7,67%) e deleção frameshift (6,36%). Na superfamília de KDMs, um total de 5724 variantes foram observadas, sendo que as mais frequentes foram as mutações missense (52,25%), silenciosas (21,02%), 3’UTR (8,25%) e nonsense (5,08%). A seleção das mutações patogênicas e provavelmente patogênicas consideradas representativas resultou em uma lista com 58 variantes somáticas únicas distribuídas 19 genes da família KMT e 10 variantes em 4 membros da família KDM. A maioria dessas variantes foi classicada como nonsense (77,14% e 70% para KMTs e KDMs, respectivamente). As substituições missense patogênicas e provavelmente patogênicas localizadas nos domínios funcionais foram modeladas por homologia e sobrepostas à referência não mutada: sete variantes estavam localizadas no domínio funcional dos genes KMT2B (p.R2617L), KMT2D (p.R5432Q, p.R5454Q, p.R5214H, p.R5214C, p.R5179H) e KMT5B (p.R220Q), e apenas uma, KDM6A (p.R1255W), em domínio funcional de KDMs. O desvio quadrático médio das posições atômicas (RMSD) evidenciou alterações estruturais em KMT2D, KMT2B e KDM6A. Em KMT2D, as substituições missense de arginina por glutamina no códon 5454 (p.R5454Q) ou por cisteína no códon 5214 (p.R5214Q) leva ao desalinhamento das folhas-β no domínio SET das α-hélices no domínio FYR, respectivamente. A substituição missense em KMT5B (p.R220Q) revelou a mutação com maior RMSD (0.55 Ä), que provocou uma sutil mudança conformacional de quase toda a estrutura modelada. Por fim, em KDM6A, observou-se o desalinhamento da α-hélice localizada à jusante da substituição de arginina por triptofano no resíduo 1255 (p.R1255W) no domínio JmjC. O estudo dos efeitos das variantes genéticas na relação estrutura-função de proteínas efetoras da regulação epigenética é fundamental para novos avanços no âmbito da proteogenômica, para dimensionar o impacto no epigenoma e na dinâmica da cromatina, bem como para auxiliar no desenvolvimento de novas epi-drugs.