Un reciente estudio ha revelado que las células progenitoras luminales (LPs, por sus siglas en inglés) presentan una característica distintiva: un mayor estrés en la replicación del ADN, un factor importante en su potencial de transformación. La diferencia entre las LPs y otras poblaciones celulares en el tejido mamario normal ha sido objeto de considerable atención en la investigación. Investigaciones en tejido mamario de ratón han demostrado que la población epitelial luminal en general presenta una mayor actividad en vías relacionadas con la mitosis, el ciclo celular y la reparación del ADN, bajo condiciones estimuladas por estrógeno y progesterona, en comparación con las poblaciones basales y estromales (Shiah et al., 2015). Posteriormente, Casey et al., 2018 descubrieron que las LPs del tejido mamario de ratón están enriquecidas en vías de reparación del ADN y división celular. Un reciente preimpreso del mismo grupo (Kim et al., 2021) continuó el análisis de datos de secuenciación de tejido de ratón y encontró que, en las LPs, las vías de reparación y replicación del ADN están significativamente reguladas al alza, lo que indica que las LPs son más capaces de reparar el daño en el ADN y, por lo tanto, más tolerantes a la deficiencia de BRCA1. Además, Nolan et al., 2016 encontraron que las LPs RANK+ son altamente proliferativas y propensas al daño en el ADN. Estos estudios no revelaron la razón de la tendencia de las LPs a transformarse. En nuestro estudio, nos centramos en las características de las LPs en comparación con otras poblaciones celulares, y utilizando datos de secuenciación de tejidos mamarios humanos normales (Lim et al., 2009), revelamos que las vías de replicación del ADN y la respuesta celular a las vías de estrés en la replicación están significativamente reguladas al alza en las LPs en comparación con otras poblaciones celulares. Argumentamos que los altos niveles de estrés en la replicación pueden ser la principal fuente de daño en el ADN en las LPs, lo que resulta en la regulación al alza de los genes DDR en estas células, y la alta característica de proliferación de las LPs podría ser la principal razón del alto estrés en la replicación.
El estrés en la replicación es una característica distintiva del cáncer, impulsando la evolución del cáncer al aumentar la inestabilidad genómica (Macheret and Halazonetis, 2015). Las LPs tienen inherentemente niveles más altos de estrés en la replicación, y cuando BRCA1 es deficiente, el estrés en la replicación se eleva aún más durante la transformación de LPs normales a células tumorales, lo que sugiere que el estrés en la replicación es un impulsor importante de la tumorigénesis deficiente en BRCA1 y que la supresión del estrés en la replicación podría ser un nuevo enfoque para la intervención preventiva en portadores de mutaciones en BRCA1, con la ventaja de ser menos dañino que la resección profiláctica. Se informó que la haploinsuficiencia en cultivos de células epiteliales mamarias de heterocigotos BRCA1 podría conducir a una falla prematura a través del estrés en la replicación (Sedic et al., 2015). Además, encontramos que tanto el estrés en la replicación como la deficiencia de BRCA1 en sí pueden inducir una alta expresión de ELF3, que también juega un papel importante en la tendencia de las LPs a transformarse con la deficiencia de BRCA1. En primer lugar, ELF3 puede ayudar a suprimir la inestabilidad genómica excesiva, lo cual es crucial para la tolerancia y supervivencia celular con la deficiencia de BRCA1. Especulamos que la alta expresión de ELF3 puede ayudar a las LPs a mantener niveles moderados de inestabilidad genómica que permitan la proliferación celular y sean suficientes para impulsar la evolución del cáncer, incluidos eventos posteriores, como la mutación de p53 y la pérdida de heterocigosidad de BRCA1 (LOH). En segundo lugar, la regulación al alza de ELF3 puede aumentar la transcripción de genes LP, lo que lleva a la desdiferenciación y expansión de LP. Finalmente, como promotor de EMT en el tejido mamario, ELF3 puede acelerar la transformación de LPs a células malignas. Por lo tanto, los altos niveles de estrés en la replicación y la expresión de ELF3 son factores importantes que resultan en la alta tendencia de las LPs a transformarse (Figura 7).
Luminal progenitor cells (LPs) have higher replication stress levels under normal conditions (left) and thus are more likely to exceed the tumorigenesis threshold under BRCA1 deficiency (right). Replication stress and BRCA1 deficiency result in further ELF3 upregulation (top right). ELF3 can suppress excessive replication stress and help LPs maintain moderate levels of genomic instability, which is tolerable for cells to proliferate and enough to fuel cancer evolution (a). In non-LP mammary cells, which exhibit inherently low replicative stress, the ELF3 upregulation may enable cells to endure the increased replicative stress caused by BRCA1 deficiency without leading to malignancy. However, in LP cells, which naturally experience higher levels of replicative stress, this ELF3-mediated mechanism may increase susceptibility to cancerous transformation. In addition, ELF3 upregulation can boost LP gene transcription, leading to LP dedifferentiation and expansion (b). Finally, as an EMT promoter in the mammary tissue, ELF3 can accelerate the transformation process from LPs to malignant cells (c).Replication stress-inducing ELF3 upregulation promotes BRCA1-deficient breast tumorigenesis.
Una característica clave de los tumores asociados a BRCA1 es la especificidad tisular, cuyo mecanismo ha sido durante mucho tiempo un foco de investigación. Las funciones de regulación transcripcional de BRCA1 son críticas para el desarrollo y la diferenciación del tejido mamario normal. Se han observado LPs con expansión anormal en portadores de mutaciones en BRCA1. Varias vías de diferenciación importantes, como WNT, Notch y Hedgehog, se regularon a la baja en estas LPs anormales (Hu et al., 2021), lo que sugiere que la deficiencia de BRCA1 puede conducir a un bloqueo de la diferenciación en las LPs y, por lo tanto, a una expansión anormal. Nuestros datos de RNA-seq revelaron que el perfil transcripcional de las células MCF10A deficientes en BRCA1 tiene una sorprendente similitud con el de las LPs en el tejido mamario humano normal, y ELF3 podría ser un factor de transcripción mediador central. Este hallazgo sugiere que BRCA1 tiene un amplio efecto regulador sobre la expresión génica en las células mamarias normales y tiene funciones específicas en las LPs; por lo tanto, su deficiencia hace que las LPs mantengan un estado desdiferenciado, lo que lleva a una expansión anormal de esta población celular, y ELF3 puede ser un factor de transcripción central que induce estos cambios. Además, nuestro estudio revela otra capa del mecanismo subyacente a la especificidad tisular de los tumores asociados a BRCA1: la capacidad de BRCA1 para regular la expresión de ELF3. ELF3 es un factor de transcripción específico del epitelio, pero las funciones de ELF3 varían en diferentes tejidos epiteliales. Por ejemplo, ELF3 promueve el desarrollo tumoral en cánceres de mama, próstata y pulmón (Chang et al., 1997; Longoni et al., 2013; Enfield et al., 2019), mientras que suprime la tumorigénesis en cánceres de vejiga y carcinoma de células escamosas oral (Iwai et al., 2008; The Cancer Genome Atlas Research Network, 2014). Además, el propio ELF3 juega un papel importante en el desarrollo y la diferenciación del tejido mamario normal; por lo tanto, la desregulación de ELF3 puede alterar estos procesos. Por lo tanto, sugerimos que el estrés en la replicación causado por la deficiencia de BRCA1 conduce a la regulación al alza de la expresión de ELF3 en las LPs, promoviendo así las funciones oncogénicas específicas del tejido de ELF3 y la tumorigénesis de la mama.
Este estudio también tiene algunas limitaciones. En primer lugar, utilizamos la línea celular MCF10A, que se utiliza ampliamente para investigaciones sobre células epiteliales mamarias humanas normales con la ventaja de ser fácil de manipular y modificar, y en comparación con las células derivadas de pacientes, se evitan antecedentes genéticos desconocidos además de las mutaciones de BRCA1. Sin embargo, el perfil transcripcional y las características epigenéticas de esta línea celular son distintos de los de las poblaciones celulares mamarias humanas normales y las LPs (Pellacani et al., 2016); por lo tanto, existen ciertas brechas entre el modelo celular y las células LP reales. Aunque nuestros datos muestran que las células MCF10A pueden reflejar las funciones reales de BRCA1 en términos de mantener la estabilidad genómica (Figura 1B y C) y nuestros datos de RNA-seq demuestran un enriquecimiento en los genes diana transcripcionales conocidos de BRCA1, el efecto de los defectos de BRCA1 y el estrés en la replicación en las LPs debe verificarse aún más en poblaciones celulares mamarias humanas primarias. Un análisis de TNBC y datos de tumores basales similares debe confirmarse aún más en el cáncer de mama deficiente en BRCA1. En segundo lugar, los niveles más altos de estrés en la replicación en las LPs pueden conducir a una expresión o modificaciones alteradas de moléculas distintas de ELF3, lo que afecta el desarrollo y la progresión del cáncer de mama asociado a BRCA1, lo que también debe explorarse más a fondo. Además, es probable que haya otros DEG en nuestro RNA-seq deficiente en BRCA1 que desempeñen un papel importante en la progresión del cáncer de mama asociado a BRCA1, y estos genes también tienen un valor de investigación potencial.
En resumen, revelamos que las LPs tienen una característica de mayor estrés en la replicación, lo que les confiere el potencial de transformación con la deficiencia de BRCA1. Además, los niveles de estrés en la replicación aumentan gradualmente durante la tumorigénesis, lo que indica que el estrés en la replicación es un factor impulsor de la transformación maligna asociada a BRCA1. Mecánicamente, ELF3 se regula significativamente al alza con el estrés en la replicación y la deficiencia de BRCA1, lo que puede ayudar a suprimir la inestabilidad genómica excesiva al estabilizar el proceso de replicación del ADN, lo que permite a las LPs tolerar y transformarse con la deficiencia de BRCA1. En las células con un estrés en la replicación inherentemente bajo, como otras células mamarias no LP, el mecanismo asociado a ELF3 podría ayudar a las células a soportar el alto estrés en la replicación causado por la deficiencia de BRCA1 sin provocar cambios cancerosos. Sin embargo, en las células LP, que naturalmente experimentan un mayor estrés en la replicación, este mecanismo mediado por ELF3 puede hacerlas más susceptibles a la transformación en células cancerosas. Cabe destacar que la deficiencia de BRCA1 provoca una tendencia a que las células muestren características del perfil transcripcional de LP, y ELF3 es un factor de transcripción central que media este proceso. Nuestro estudio revela por qué la deficiencia de BRCA1 es propensa a provocar tumorigénesis en las LPs y dilucida el papel clave del estrés en la replicación y ELF3 durante este proceso, y sugiere objetivos prometedores para los cánceres de mama asociados a BRCA1.
