Molecular and cellular mechanisms of hepatocarcinogenesis

Resumen

Hepatocellular carcinoma (HCC) is the most common and frequently lethal, human primary liver neoplasm (GLOBOCAN 2008 v2.0). The early stage is characterized by low¿ to high¿grade dysplastic nodules, ¿preneoplastic lesions¿. These frequently develop in chronic inflammatory liver disease or hepatitis, which can contribute to fibrosis and cirrhosis followed by progression to HCC. Thus, precancerous lesions have clinical value for HCC prediction, but therapeutic options are limited. In early stages of many cancers, including HCC, oncogene activation induces replicative stress, resulting in DNA damage leading to chromosomal instability (CIN), which accelerates tumour development from preneoplastic lesions. DNA damage elicits a key repair mechanism, the DNA damage response (DDR), initiated by phosphorylation and activation of checkpoint proteins Chk1 and Chk2. This induces p53¿dependent responses, including cell cycle arrest, apoptosis and/or senescence, which limit preneoplastic lesions¿ growth, but they become cancerous when p53 function is inactivated. However, the molecular basis of oncogene¿induced DNA damage in sporadic cancers and in particular in hepatocarcinogenesis remains unclear. Chronic mTORC1 activation in hepatocytes leads to HCC development via DNA damage at early stages of liver tumorigenesis. URI (Unconventional prefoldin RBP5 Interactor), an oncogene amplified in human ovarian carcinomas and part of the R2TP/URI¿prefoldin (PFD)¿like complex containing the co¿chaperone protein HSP90, is a downstream target of the growth factor¿ and nutrient¿regulated mTOR/S6K1 signalling cascade. URI promotes cell survival by binding PP1¿ phosphatase, thereby increasing S6K1 activity¿dependent survival signalling. Various mouse models to study cancer development were documented, but experimental models mimicking distinct stages of carcinogenesis are needed. Prompted by these observations, we generated several genetically engineered mouse models (GEMMs) for URI loss and gain of function. In particular a clinically relevant URI¿tetOFFhep mouse ectopically expressing human URI in hepatocytes recapitulates key molecular, cellular, and genomic events of human liver cancer, thus facilitating exploration of molecular mechanisms linking histopathological changes to hepatocarcinogenesis and oncogeneinduced DNA damage. Our results reveal an unanticipated role of oncogene¿induced NAD+ depletion in DNA damage and subsequent tumorigenic processes. El carcinoma hepatocelular es el tumor del hígado más común en la población y de mayor letalidad (GLOBOCAN 2008 v2.0). Los estadios tempranos del desarrollo tumoral se caracterizan por la presencia de nódulos displásticos llamados lesiones preneoplásicas. Generalmente estas lesiones evolucionan dando lugar a la hepatitis, una enfermedad inflamatoria crónica del hígado que puede contribuir al desarrollo de la fibrosis y del carcinoma hepatocelular. Por lo tanto, las lesiones precancerosas tienen una gran importancia clínica para la predicción del posible desarrollo de carcinomas hepatocelulares. Sin embargo, las opciones terapéuticas son muy limitadas. Los estadios tempranos del desarrollo tumoral se caracterizan por la presencia del estrés replicativo asociado a la activación de oncogenes. Dicho estrés replicativo genera daños en el ADN que conducen a la aparición de la inestabilidad cromosómica, la cual acelera el desarrollo tumoral en lesiones preneoplásicas. Los daños en el ADN activan mecanismos de reparación que se conocen globalmente como ¿la respuesta al daño en el ADN¿, y se inician con una cascada de fosforilaciones y la activación de las proteínas del ciclo celular Chk1 y Chk2. De forma dependiente de p53, la activación de estas kinasas induce la parada del ciclo celular, la entrada en senescencia o la apoptosis. Esta vía de señalización supone una barrera para el crecimiento de las lesiones preneoplásicas, pero las mutaciones en p53 conduces a la aparición de estadios cancerosos. Sin embargo, la base molecular de la activación de la respuesta al daño en el ADN mediada por oncogenes en tumores esporádicos, y en particular en carcinomas hepatocelulares, se desconoce. En los estadios tempranos del desarrollo tumoral, la activación crónica de mTORC1 en los hepatocitos conduce al desarrollo de carcinomas hepatocelulares a través de la respuesta al daño en el ADN. URI (Unconventional prefoldin RBP5 Interactor) es un oncogén amplificado en los carcinomas de ovario humanos que forma parte del complejo R2TP/URI¿prefoldin. Además, es una diana de la ruta de señalización de los factores de crecimiento y los nutrientes, la cual está regulada por las proteínas de señalización mTOR/S6K1. URI promueve la supervivencia celular al interaccionar con la fosfatasa PP1¿, lo cual aumenta la actividad de S6K1. Hasta la fecha se han generado una gran diversidad modelos murinos para estudiar el desarrollo tumoral; sin embargo, se necesitan modelos experimentales que reflejen los distintos estadios del proceso tumoral. Con este fin, hemos creado modelos de ratón modificados genéticamente para la proteína URI, tanto de pérdida como de ganancia de función. En concreto, hemos generado un modelo de relevancia clínica, en el cual la proteína humana URI se expresa ectópicamente en los hepatocitos murinos. Este modelo (URI¿tetOFFhep) recapitula los eventos moleculares, celulares y genómicos clave de la fisiopatología de los tumores de hígado humanos. Por lo tanto, nos ha posibilitado la identificación de los mecanismos moleculares responsables de los cambios histopatológicos que acontecen durante la carcinogénesis hepática y la activación de la respuesta al daño en el ADN. Nuestros resultados revelan que la ausencia de NAD+ como consecuencia de la activación de oncogenes desempeña un papel inesperado en el daño al ADN y la consecuente exacerbación del proceso tumoral