Studio della funzione del gene PC3/Tis21/BTG2 nell’insorgenza del medulloblastoma

Abstract

Durante lo sviluppo del cervelletto i precursori dei neuroni granuli cerebellari (GCPs) vanno incontro nello strato granulare esterno (EGL) ad una massiva proliferazione post-natale prima di uscire dal ciclo cellulare e migrare verso l’interno differenziandosi in granuli. La deregolazione di questo processo può portare alla moltiplicazione incontrollata dei GCPs e favorire in essi l’accumulo di mutazioni nei geni coinvolti nel controllo della proliferazione, del differenziamento e della migrazione cellulare; ne può derivare, quindi, la formazione di GCPs preneoplastici (pGCPs) che sono considerati all’origine del medulloblastoma, il più comune tumore solido dei bambini. Al fine di studiare tale processo di trasformazione neoplastica, abbiamo generato un nuovo modello murino di medulloblastoma incrociando topi eterozigoti per Patched1 (Ptch1+/−), spontaneamente predisposti allo sviluppo di tumori cerebellari seppur con bassa frequenza, con topi Tis21 knockout. Il gene PC3/Tis21/BTG2 (in ratto, topo e uomo, rispettivamente) ha dimostrato di agire da soppressore tumorale nell’eziologia del medulloblastoma, esercitando nei GCPs effetti anti-proliferativi e pro-differenziativi; inoltre, la sua espressione è apparsa down-regolata in numerosi medulloblastomi murini ed umani di differenti isotipi. Nel nostro modello l’ablazione di Tis21 ha dimostrato di aumentare significativamente, dal 25.3% all’80%, l’incidenza tumorale spontanea, così come la frequenza e persistenza delle lesioni preneoplastiche alla superficie cerebellare, rispetto agli animali Ptch1+/−. Sorprendentemente, la delezione di Tis21 non è apparsa influenzare la proliferazione dei GCPs, piuttosto ha dimostrato di inibirne il differenziamento e, soprattutto, la capacità intrinseca di migrare fuori dall’EGL e dalle lesioni. Questo difetto di migrazione può, quindi, rappresentare un evento importante nella patogenesi del medulloblastoma, dal momento che i GCPs, rimanendo più a lungo nella nicchia proliferativa dell’EGL, possono accumulare mutazioni ed essere predisposti alla trasformazione neoplastica. Un’analisi di espressione mediante microarray dell’intero genoma dei GCPs isolati da topi a P7 ha permesso di identificare la chemochina Cxcl3 come maggiore responsabile del difetto di migrazione Tis21-dipendente. La trascrizione di Cxcl3 è risultata direttamente controllata dalla proteina Tis21, con conseguente riduzione di espressione della molecola nei GCPs e pGCPs dei topi doppi knockout rispetto agli animali eterozigoti per Patched1. Inoltre, la somministrazione della chemochina esogena ha dimostrato di revertire il deficit di migrazione dei GCPs Tis21-null e, soprattutto, di ridurre l’estensione delle lesioni preneoplastiche. I nostri risultati, quindi, suggeriscono che il gene PC3/Tis21/BTG2 eserciti un ruolo protettivo nell’eziologia del MB controllando la migrazione dei GCPs attraverso la chemochina Cxcl3, la quale può rappresentare un nuovo target per la terapia del medulloblastoma.

A failure in the control of proliferation of cerebellar granule neuron precursor cells (GCPs), located in the external granular layer (EGL) of the cerebellum, gives rise to medulloblastoma. To investigate the process of neoplastic transformation of GCPs, we generated a new medulloblastoma model by crossing Patched1 heterozygous mice (Ptch1+/−), which develop medulloblastomas with low frequency, with mice lacking the Tis21 gene. Overexpression of Tis21 is known to inhibit proliferation and trigger differentiation of GCPs; its expression decreases in human medulloblastomas. Double-knockout mice show a striking increase in the frequency of medulloblastomas and hyperplastic EGL lesions, formed by preneoplastic GCPs. Tis21 deletion does not affect the proliferation of GCPs but inhibits their differentiation and, chiefly, their intrinsic ability to migrate outside the EGL. This defect of migration may represent an important step in medulloblastoma formation, as GCPs, remaining longer in the EGL proliferative niche, may become more prone to transformation. By genome-wide analysis, we identified the chemokine Cxcl3 as a target of Tis21. Cxcl3 is downregulated in Tis21-null GCPs of EGL and lesions; addition of Cxcl3 to cerebellar slices rescues the defective migration of Tis21-null GCPs and, remarkably, reduces the area of hyperplastic lesions. As Tis21 activates Cxcl3 transcription, our results suggest that Tis21 induces migration of GCPs through Cxcl3, which may represent a novel target for medulloblastoma therapy.