Nouvelle voie pour combattre le cancer (caspase 3, ARNt)

Since their discovery in the 1950s, transfer RNAs (tRNAs) have been best known for their role in helping the cell make proteins from messenger RNA templates. However, recent studies have led to a previously-unsuspected concept that tRNAs are not always the end product; namely, they further serve as a source of small RNAs. Now researchers have discovered a new species of tRNA-derived small RNAs that are produced only in hormonally-driven breast and prostate cancers, and which contribute to cell proliferation. The results will be published online the week of June 29th in the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

"In early RNA sequencing studies, researchers observed an abundance of tRNA fragments in cellular transcriptome but those fragments had often been disregarded as non-functional degradation products," says Yohei Kirino, Ph.D., Assistant Professor in the Department of Biochemistry and Molecular Biology and a researcher at the Computational Medicine Center at Thomas Jefferson University. "This research is one of several recent studies that bring to light a new role for tRNAs to produce small functional RNAs, in this case, functional tRNA halves."

Although other tRNA halves have been described before -- specifically those that are produced during a cellular stress response -- this discovery represents a new and distinct species of tRNA halves that the authors coined SHOT-RNAs, for sex hormone dependent tRNA-derived RNAs.

Dr. Kirino and colleagues discovered these tRNA halves while looking at germline-specific small RNAs in the cells of a silkworm (Bombyx mori). In the cells, the researchers accidentally detected the tRNA halves whose expression was linked to cell proliferation. Since proliferation is a hallmark of cancer cells, the researchers analyzed the involvement of tRNA halves in tumorigenesis.

Using a new TaqMan PCR-based technique, the researchers screened a number of cancer cell lines from various tissues, and discovered that tRNA halves were specifically expressed in large quantities in sex hormone-dependent cancers, i.e., estrogen receptor (ER)-positive breast cancer and androgen receptor (AR)-positive prostate cancer that are driven by the hormones estrogen and testosterone. After confirming the dependency of the tRNA halves' expression on the hormones and their receptors, they coined the new tRNA halves, SHOT-RNAs.

SHOT-RNAs contain a terminal modification which prevents their detection by standard RNA-seq method. "The modification makes SHOT-RNAs invisible in RNA-seq data and this could be the reason why SHOT-RNAs had not been discovered in spite of their abundance and clear expression specificity in hormone-dependent cancers," says Dr. Kirino.

Dr. Kirino and colleagues created a novel method called cP-RNA-seq to comprehensively sequence SHOT-RNAs and found that only eight tRNA species produce SHOT-RNAs. They were also able to track the molecule's function in the cells, and tease apart the other cellular players it interacted with. They discovered, for example, that SHOT-RNAs are created by an enzyme called Angiogenin whose activity is promoted by sex hormone signaling pathways. They also showed that SHOT-RNAs are involved in spurring cell proliferation.

"The SHOT-RNAs are an exciting development in the tRNA field," said Isidore Rigoutsos, Ph.D., Director of the Computational Medicine Center at Thomas Jefferson University. "They are also another example of what appear to be regulators whose presence in a given tissue is modulated by a person's gender. Discovering such regulators is one of the major foci of the Computational Medicine Center."

In a final experiment, Dr. Kirino and colleagues also examined clinical samples from breast cancer patients and found elevated levels of SHOT-RNAs in patients with ER-positive luminal-type cancers, but not those that were negative for ER expression. The high expression specificity of SHOT-RNAs implies their potential use as a novel biomarker, and the next steps, says Dr. Kirino, are to explore relationships between SHOT-RNA expression and prognostic factors.

In spite of endocrine therapy to suppress hormone receptor activity or hormone exposure, many patients of hormone-dependent cancers encounter de novo or acquired resistance and require more aggressive treatments. Dr. Kirino says that "further studies to understand how SHOT-RNAs promote cell proliferation may lead to the use of SHOT-RNAs as potential target candidates for future therapeutic applications in breast and prostate cancers."


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Depuis leur découverte dans les années 1950, l'ARN de transfert (ARNt) a été mieux connu pour son rôle dans la cellule pour fabriquer des protéines à partir de modèles d'ARN messager. Cependant, des études récentes ont conduit à un concept précédemment insoupçonné que l'ARNt n'est pas toujours le produit final; à savoir, il sert en outre en tant que source de petits ARNs. Maintenant, les chercheurs ont découvert une nouvelle espèce de petit ARN dérivé de l'ARNt qui est produit seulement dans les cancers du sein et de la prostate hormono-dépendants, et qui contribue à la prolifération cellulaire. Les résultats seront publiés en ligne la semaine du 29 Juin dans les Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS).

"Dans les premières études de séquençage de l'ARN, les chercheurs ont observé une abondance de fragments d'ARNt dans le transcriptome cellulaire, mais ces fragments avaient souvent été négligées comme produits de dégradation non-fonctionnels», dit Yohei Kirino, Ph.D. «Cette recherche est l'une de plusieurs études récentes qui mettent en lumière un nouveau rôle pour les ARNt pour produire de petits ARN fonctionnels, dans ce cas, des moitiés d'ARNt fonctionnels."

Bien que d'autres moitiés ARNt ont été décrites auparavant - en particulier celles qui sont produites lors d'une réponse au stress cellulaire - cette découverte représente une espèce nouvelle et distincte de l'ARNt moitiés que les auteurs ont nommé SHOT-ARN, pour "ARNt dérivé d'hormones sexuelles dépendantes ARN".

Dr Kirino et ses collègues ont découvert ces moitiés d'ARNt tout en regardant spécifique de lignée germinale petits ARN dans les cellules d'un ver à soie (Bombyx mori). Dans les cellules, les chercheurs ont détecté accidentellement les demi-ARNt dont l'expression est liée à la prolifération cellulaire. Puisque la prolifération est une caractéristique des cellules cancéreuses, les chercheurs ont analysé la participation des ARNt de moitiés dans la tumorigenèse.

En utilisant une nouvelle technique basée sur la TaqMan PCR, les chercheurs ont criblé un certain nombre de lignées de cellules de cancer provenant de divers tissus, et ont découvert que les moitiés d'ARNt ont été spécifiquement exprimé en grandes quantités dans les cancers hormono-dépendants, à savoir, le récepteur de l'oestrogène du sein (ER) -positif le cancer et le récepteur des androgènes (AR) de cancer de la prostate qui sont -positifs et entraînés par les hormones,oestrogène et testostérone. Après confirmation de la dépendance de l'expression des ARNt moitiés sur les hormones et leurs récepteurs, ils ont inventé les nouvelles moitiés ARNt, SHOT-ARN.

Les SHOT-ARN contiennent une modification terminal qui empêche leur détection par la méthode de l'ARN-Seq standard. "La modification rend SHOT-ARN invisible dans les données d'ARN-seq et cela pourrait être la raison pour laquelle SHOT-ARN n'a pas été découvert, en dépit de leur abondance et de la spécificité de l'expression claire dans les cancers hormono-dépendants," affirme le Dr Kirino.

Le Dr Kirino et ses collègues ont créé un nouveau procédé appelé CP-ARN-Seq à la séquence complète SHOT-ARN et a constaté que seulement huit espèces d'ARNt produisent SHOT-ARN. Ils ont également été en mesure de suivre la fonction de la molécule dans les cellules, et démêler les autres joueurs cellulaires, avec qui elle interagit. Ils ont découvert, par exemple, ce SHOT-ARN sont créés par une enzyme appelée Angiogenin dont l'activité est favorisée par les hormones sexuelles. Ils ont également montré que les SHOT-ARNs sont impliqués pour stimuler la prolifération des cellules.

"Les SHOT-ARNs sont un développement passionnant dans le domaine de l'ARNt," dit Isidore Rigoutsos, Ph.D., directeur du Centre de médecine informatique à l'Université Thomas Jefferson. "Ils sont aussi un autre exemple de ce qui semble être des régulateurs dont la présence dans un tissu donné est modulée par le sexe d'une personne. La découverte de telles régulateurs est l'un des principaux foyers du Centre de médecine informatique."

Dans une dernière expérience, le Dr Kirino et ses collègues ont également examiné des échantillons cliniques de patientes atteints de cancer du et ont trouvé des niveaux élevés de SHOT-ARN chez les patientes atteints de cancers de type luminal ER-positif, mais pas ceux qui sont négatives pour l'expression de ER. La spécificité d'expression élevé de SHOT-ARN implique leur utilisation potentielle comme un nouveau biomarqueur, et les prochaines étapes, explique le Dr Kirino, sont à explorer les relations entre l'expression SHOT-ARN et des facteurs pronostiques.

En dépit de la thérapie endocrine de réprimer l'activité du récepteur de l'hormone ou de l'exposition de l'hormone, de nombreux patients atteints de cancers hormono-dépendants rencontrent la rechûte ou la résistance acquise et nécessitent des traitements plus agressifs. Dr Kirino dit que "d'autres études pour comprendre comment SHOT-ARN promeut la prolifération cellulaire peuvent conduire à l'utilisation de SHOT-ARN en tant que candidats potentiels comme cibles pour de futures applications thérapeutiques dans les cancers du et de la ."

For years, scientists have been puzzled by the presence of short stretches of genetic material floating inside a variety of cells, ranging from bacteria to mammals, including humans. These fragments are pieces of the genetic instructions cells use to make proteins, but are too short a length to serve their usual purpose. Reporting in Cell, researchers at Rockefeller have discovered a major clue to the role these fragments play in the body -- and in the process, may have opened up a new frontier in the fight against breast cancer.

Specifically, Sohail Tavazoie and his colleagues discovered that these particular genetic fragments, of a type of RNA known as transfer RNA (or tRNA), appear to be capable of reducing the growth and spread of breast cancer cells. "This is a new basic mechanism the body uses to control the growth of cancer," says Tavazoie, Leon Hess Associate Professor and head of the Elizabeth and Vincent Meyer Laboratory of Systems Cancer Biology. "We plan to explore it further, so hopefully it will open up new ways of curbing cancer that we have never tried before and reveal new basic insights on how genes are regulated inside our cells."

Scientists have found tRNA fragments in all walks of life, and they consistently increase in number when cells are exposed to low oxygen levels and other forms of cellular stress. But their purpose in the body has remained mysterious. "What those fragments are there for, and their role, is poorly defined," says Tavazoie.

The research, led by postdoctoral fellow Hani Goodarzi, discovered that breast cancer cells generate tRNA fragments when exposed to low levels of oxygen. And cancer cells that carry more of these particular genetic fragments are less likely to metastasize. What's more, adding these fragments to cells reduced the growth and progression of cancer; blocking the fragments, in turn, led to the opposite effect.

Looking closer, the researchers saw that tRNA fragments that come from specific tRNAs (glutamic acid, aspartic acid, glycine, tyrosine) bind to a key player in the life cycle of a cancer cell. This key player, known as an oncogene, normally binds to other RNAs and increases their numbers, causing them to make more of the oncogenes that help cancer cells divide and spread. "These tRNA fragments bind the oncogene -- called YBX1 -- and push out the other RNAs that encode for oncogenes, reducing cancer cells' ability to grow and metastasize. By doing so, they represent a new class of molecules in the cell we call tumor suppressors," says Goodarzi.

These tRNA fragments are demonstrating an entirely novel way of regulating gene expression, Tavazoie says. By blocking YBX1's ability to bind other RNAs whose expression YBX1 increases, tRNA fragments are playing a part in how the body expresses genes.

It makes sense that the number of tRNA fragments would increase in periods of cellular stress, such as when the cell is exposed to low oxygen levels, says Tavazoie. "Cells can sense whether they don't have sufficient energetic currency that occurs during low oxygen states, and tRNA fragments help suppress cells' growth rate so they can preserve their energy and nutrients for when the stress resolves."

Of course, aggressive breast cancer cells often find ways to sidestep the body's efforts to control them, including those involving these tRNA fragments. "We're very interested in figuring out how aggressive breast cancer cells stop the production of tRNA fragments," Tavazoie says. "It's exciting that these cancer cells are revealing a completely new way by which expression of oncogenes is regulated as a means of controlling cancer growth."

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Pendant des années, les scientifiques ont été intrigués par la présence de courts tronçons de matériel génétique flottant à l'intérieur d'une variété de cellules, allant de cellules de bactéries aux de mammifères, y compris l'homme. Ces fragments sont des morceaux d'instructions génétiques que les cellules utilisent pour fabriquer des protéines, mais sont d'une longueur trop courte pour servir leur but habituel. Dans un reportage dans Cell, des chercheurs de Rockefeller ont découvert un indice important pour le rôle que ces fragments jouent dans le corps - et dans le processus, ont peut-être ouvert une nouvelle frontière dans la lutte contre le cancer du .

Plus précisément, Sohail Tavaqzoie et ses collègues ont découvert que ces fragments génétiques particuliers, d'un type connu sous le nom d'ARN, d'ARN de transfert (ou ARNt ), semblent être capables de réduire la croissance et la propagation des cellules cancéreuses du sein. "Ceci est un nouveau mécanisme de base que le corps utilise pour contrôler la croissance du cancer», dit Tavazoie, «Nous prévoyons de l'explorer davantage, de sorte que nous espérons qu'il va nous ouvrir de nouvelles voies, que nous avons jamais essayé avant, pour freiner le cancer  et nous révéler de nouvelles connaissances de base sur la façon dont les gènes sont régulés à l'intérieur de nos cellules."

Les scientifiques ont trouvé des fragments d'ARNt dans tous les domaines de la vie, et ils augmentent constamment en nombre lorsque les cellules sont exposées à des faibles niveaux d'oxygène et d'autres formes de stress cellulaire. Mais leur effet dans le corps est resté mystérieux. "Pourquoi ces fragments sont-ils là, leur rôle, est mal défini,» dit Tavazoie.

La recherche, menée par stagiaire postdoctoral Hani Goodarzi, a découvert que les cellules cancéreuses du sein génèrent des fragments ARNt lorsqu'ils sont exposés à de faibles niveaux d'oxygène. Et les cellules cancéreuses qui transportent plus de ces fragments génétiques particulièrs sont moins susceptibles de métastaser. De plus, l'ajout de ces fragments à des cellules réduit la croissance et la progression du cancer; Et bloquer les fragments, conduit à l'effet inverse.

En regardant de plus près, les chercheurs ont constaté que les fragments d'ARNt qui viennent de ARNt spécifiques (acide glutamique, l'acide aspartique, la glycine, la tyrosine) se lient à un joueur clé dans le cycle de vie d'une cellule cancéreuse. Ce joueur clé, connu comme un oncogène, se lie normalement à d'autres ARN et augmente leur nombre, les obligeant à faire plus d'oncogènes qui aident les cellules cancéreuses à se diviser et à se propager. "Ces fragments d'ARNt lient l'oncogène - appelé YBX1 - et poussent les autres ARN qui codent pour les oncogènes, réduisant la capacité des cellules cancéreuses pour croître et se métastaser En faisant cela, ils représentent une nouvelle classe de molécules dans la cellule que nous appelons. suppresseurs de tumeurs ", dit Goodarzi.

Ces fragments d'ARNt démontrent une toute nouvelle manière de réguler l'expression de gènes, dit Tavazoie. En bloquant la capacité de se lier YBX1 autres ARNs dont YBX1 expression augmente, fragments ARNt jouent un rôle dans la façon dont le corps exprime des gènes.

Il est logique que le nombre de fragments ARNt augmente dans les périodes de stress cellulaire, par exemple lorsque la cellule est exposée à de faibles niveaux d'oxygène, dit Tavazoie. "Les cellules peuvent détecter si elles ne disposent pas suffisamment de monnaie énergique ce qui se produit pendant les états faibles d'oxygène, et des fragments d'ARNt aident à supprimer le taux de croissance de cellules afin qu'ils puissent préserver leur énergie et leurs nutriments jusqu'à ce que la contrainte soit résolu."

Bien sûr, les cellules cancéreuses agressives du sein  trouvent souvent des façons de contourner les efforts de l'organisme pour les contrôler, y compris ceux impliquant ces fragments d'ARNt. "Nous sommes très intéressés à comprendre comment des cellules cancéreuses agressives du sein arrêtent la production de fragments d'ARNt," dit Tavazoie. «Il est excitant que ces cellules cancéreuses soient révélatrices d'une toute nouvelle façon avec laquelle l'expression des oncogènes soit réglementé comme si c'était un moyen de contrôler la croissance du cancer."

Wow. Ça sens mon prochain combat pour obtenir ce traitement cat malheureusement, je peux pas attendre 5 ans avant d'en bénéficier. Si J'attends après les poliques, je serais mort avant même que santé canada connaisse ce procédé.

Mon ancien doc me parlait que l'avenir dans le traitement du cancer était de trouver une façon que les cellules cancéreuses se suicident. Et là on arrive avec cette recherche.

Le 11 septembre j'ai rendez-vous avec mon doc à l'hôpital juif et je vais lui en parler de pac-1. Il est dans la recherche et je pense qu'il saura m'en dire plus.

Une nouvelle voie s'ouvre dans la lutte contre le cancer.

Une équipe américaine a créé un composant synthétique qui pousse les cellules cancéreuses à s'autodétruire.

Des chercheurs de l'Université de l'Illinois soutiennent en effet que ce nouveau composant, le PAC-1, rétablit le mécanisme normal d'élimination naturelle auquel échappent les cellules cancéreuses.

Cette percée mènera peut-être à des traitements mieux ciblés contre certains cancers comme ceux du de la du et du

La mort cellulaire

La vaste majorité des cellules contiennent la protéine procaspase-3 qui, lorsqu'elle est activé, se transforme en caspase-3, une enzyme qui conduit à l'apoptose, c'est à dire au processus de mort cellulaire.

Dans le cas des cellules cancéreuses, ce processus ne fonctionne pas, ce qui leur permet de se développer en tumeurs.

Le corps possède plusieurs façons d'empêcher les cellules de grossir et de créer des tumeurs. L'une d'elles est de causer le suicide de cellules suspectes.

Ainsi, en testant plus de 20 000 composés, l'équipe a découvert que le PAC-1 activait la procaspase-3 des cellules cancéreuses et les conduisait au suicide.

Les résultats complets sont publiés dans la revue Nature Chemical Biology.

"Nous avons identifié une petite molécule qui active directement procaspase-3 et qui induit l'apoptose" dit Paul J. Hergenrother dans un article dans le journal Nature de chimie biologoque. " En passant à coté du chemin cellulaire brisé, nous pouvons utilisé la mécanique propre de la cellule pour se détruire elle-même.

Pour trouver le composé, appelé activateur de prrcaspase 1, Hergenrother, avec ses collègues a passé en revue plus de 20,000 molécules qui avaient potentiellement la capacité de changer procaspase-3 en caspase-3.

Les chercheurs ont testé l'efficacité de la molécule dans les cellules et dans 3 modèles de cancer sur des souris. Les tests ont été fait en collaboration avec William Helferich, un professeur des sciences de la nourriture et de la nutrition humaine. Les chercheurs ont aussi montré que PAC-1 a tué des cellules cancéreuses de 23 tumeurs obtebues d'un hopital local.

La mort cellulaire était corrélé avec le niveau de procaspase-3 présent dans la cellule.

"C'est le premier pas vers un composé organique qui aurait l'abilité d'activer l'enzyme responsables du suicide cellulaire" dit Hergenrother "l'efficacité potentielle d'un composé comme le PAC-1 pourrait être prédit en avance et les patients pourraient être sélectionné pour le traitement sur la base du pourcentage de procaspase-3 trouvé dans leurs tumeurs.

Cela pourrait être le futur des thérapies anti-cancer personnalisé.