La perte de méthylation de l'ADN contraint les cellules cancéreuses à entrer en sénescence permanente

Les cellules cancéreuses présentent fréquemment des profils anormaux de méthylation de l'ADN, et les médicaments qui éliminent cette marque épigénétique — comme la 5-aza-déoxycytidine (5-aza-dC) — sont déjà des traitements anticancéreux approuvés. Cependant, ces médicaments provoquent simultanément des dommages à l'ADN, ce qui rend impossible l'isolement des effets biologiques spécifiques de la perte de méthylation de l'ADN elle-même. Cette étude sépare élégamment les deux phénomènes afin de révéler une nouvelle vulnérabilité fondamentale dans les cellules cancéreuses.

Les chercheurs ont modifié des cellules de cancer colorectal (HCT116) en ajoutant des étiquettes degron inductible par auxine (AID) sur DNMT1, UHRF1, ou les deux — deux enzymes essentielles au maintien de la méthylation de l'ADN après la division cellulaire. L'ajout d'auxine a dégradé les protéines étiquetées de manière rapide et complète, entraînant une perte progressive de la méthylation de l'ADN sur plusieurs jours sans induire de dommages à l'ADN. Les cellules appauvries en UHRF1 ont perdu leur méthylation plus rapidement que les cellules appauvries en DNMT1, et les cellules doublement appauvries l'ont perdu le plus vite. De façon cruciale, le séquençage au bisulfite du génome entier a confirmé la déméthylation, et les marqueurs de dommages à l'ADN (γH2AX) sont restés faibles tout au long de l'expérience.

Après 8 jours de déplétion protéique continue, toutes les lignées déméthylées présentaient les marqueurs canoniques de sénescence : une prolifération significativement réduite, une accumulation en phase G1, des noyaux élargis, une positivité à la SA-β-galactosidase, une incorporation réduite d'EdU et une incapacité à former des colonies. Le séquençage de l'ARN a confirmé l'activation d'un programme de gènes SASP. Ces effets ont été reproduits dans une seconde lignée de cancer colorectal (DLD1), ainsi que dans des lignées de cancer du sein et de la vessie, et avec un inhibiteur chimique sélectif de DNMT1 (GSK-3685032), démontrant ainsi la généralité de ces observations à différents types de cancer et méthodes de déméthylation.

Sur le plan mécanistique, cette sénescence différait fondamentalement de la sénescence classique dirigée par les suppresseurs de tumeurs. Les voies p53 et Rb/p16 n'étaient pas requises. À la place, p21 s'accumulait dans le cytoplasme (et non dans le noyau), où elle inhibait l'apoptose en se liant à la protéine pro-apoptotique BAX et en l'inactivant — bloquant ainsi efficacement les cellules dans un état viable mais non proliférant. Le senseur immunitaire inné cGAS était également requis, mais il agissait dans le noyau de manière indépendante de STING, ce qui est cohérent avec des données émergentes indiquant que cGAS nucléaire peut réguler directement la chromatine et la transcription. Fait important, le SASP était induit même dans les cellules invalidées pour cGAS ou STING, suggérant que plusieurs voies parallèles contribuent au phénotype sénescent complet.

La validation in vivo est venue d'expériences de xénogreffe chez la souris : des souris porteuses de tumeurs traitées pour dépléter DNMT1 présentaient une croissance tumorale réduite et une augmentation du marquage SA-β-gal dans le tissu tumoral, confirmant que la sénescence induite par la déméthylation n'est pas un artefact de culture cellulaire. Ces résultats modifient notre façon de concevoir les agents déméthylants et suggèrent que l'induction d'une perte soutenue de méthylation de l'ADN — par ingénierie ou par voie pharmacologique, idéalement sans dommages concomitants à l'ADN — pourrait constituer une stratégie thérapeutique viable pour bloquer les cellules cancéreuses dans une sénescence permanente plutôt que de les éliminer directement.