Paysage mutationnel des cellules des cryptes intestinales après une longue période

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13964 (2023) Citer cet article

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L'obésité est un facteur de risque modifiable dans le développement du cancer, en particulier du cancer gastro-intestinal. Bien que l’étiologie du cancer colorectal soit bien caractérisée par la séquence adénome-carcinome, la manière dont l’obésité influence le développement du cancer colorectal reste floue. Il a été démontré que les composants alimentaires d'un régime riche en graisses ainsi que l'obésité modulent le risque de cancer en perturbant l'homéostasie des cellules souches intestinales, mais l'impact de l'adiposité sur le développement de l'instabilité génomique n'a pas été étudié. Les signatures mutationnelles constituent un moyen puissant de comprendre l’impact d’une réponse biologique complexe sur la stabilité génomique. Nous avons utilisé un modèle murin d'obésité induite par l'alimentation pour étudier le paysage mutationnel des cellules des cryptes intestinales après une exposition de 48 semaines à un régime expérimental riche en graisses in vivo. En enrichissant par clonage des cellules dérivées d'une seule crypte dans une culture organoïde et en obtenant des séquences entières du génome, nous avons analysé et comparé le paysage mutationnel des cellules épithéliales intestinales provenant de souris à régime normal et de souris à régime riche en graisses. Les signatures de substitution d'un nucléotide unique et les signatures indel présentes dans notre cohorte sont également actives dans les deux groupes de régime et reflètent les processus biologiques de vieillissement normal, de réplication cellulaire et de stress oxydatif induits lors de la culture organoïde. Ainsi, nous démontrons qu’en l’absence de mutations activatrices ou d’exposition chimique, un régime riche en graisses ne suffit pas à lui seul à augmenter l’instabilité génomique.

Les taux d’obésité à l’échelle mondiale augmentent régulièrement depuis 40 ans1. L'obésité s'accompagne de nombreuses comorbidités telles qu'un risque accru de diabète de type II, d'hypertension et de stéatose hépatique non alcoolique1, 2. Parmi les impacts les plus importants sur la santé figure l'augmentation du risque de cancer qui accompagne l'accumulation de graisse corporelle3,4,5,6. Le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) a reconnu les preuves épidémiologiques accablantes qui associent l'obésité chronique à un risque accru de cancer, en particulier pour les organes situés le long de l'axe gastro-intestinal7. En particulier, le risque de développer un cancer colorectal (CCR) est fortement influencé par des facteurs de risque alimentaires et un indice de masse corporelle (IMC) élevé8. Compte tenu de l’association évidente entre un IMC élevé et un risque de CCR, la compréhension de l’étiologie sous-jacente de la maladie pourrait éclairer les programmes préventifs et thérapeutiques.

Le développement du cancer colorectal est défini par une progression bien décrite de mutations, connue sous le nom de séquence adénome-carcinome9. Les mutations désactivantes de la polypose adénomateuse coli (APC) initient des mutations, conduisant à une signalisation constitutive Wnt/β-caténine. Le cancer colorectal se développe par trois voies moléculaires différentes, la voie d'instabilité chromosomique (CIN), la voie d'instabilité microsatellite (MSI) et la voie de méthylation des îlots CpG (CIMP)10. Bien que le développement du CCR soit hétérogène et implique parfois des voies qui se chevauchent, les trois voies sont définies par une instabilité génomique qui permet l'acquisition d'autres mutations dans un ensemble de suppresseurs de tumeurs et d'oncogènes, notamment KRAS et BRAF (souvent mutuellement exclusifs), TP53, PIK3CA. et SMAD410, 11. Fait intéressant, il a été démontré que la perte concomitante d'APC et de p53 est suffisante pour induire des niveaux élevés d'instabilité chromosomique, caractéristiques de la voie CIN12. Malgré une génétique moléculaire bien définie dans le développement du CCR, l’impact d’un régime riche en graisses (HFD) sur cette série d’événements reste flou.

Avec l’avènement des techniques avancées de culture tissulaire, il est devenu possible d’étudier les populations cellulaires les plus pertinentes in vitro13. Dans le cas du CCR, la population cellulaire d'origine est constituée de cellules souches intestinales (ISC) positives à cycle rapide LGR5 (répétition riche en leucine contenant le récepteur 5 couplé à la protéine G), résidant au fond de la crypte14. Il a été démontré que ces cellules sont sensibles aux perturbations alimentaires et métaboliques, modulant ainsi le risque d'apparition d'un cancer15,16,17,18. Il a été démontré qu'une exposition prolongée aux constituants du HFD confère des caractéristiques d'origine souche aux progéniteurs de cellules non souches, augmentant ainsi le pool de cellules à réplication active16, 19. Il a été constaté que l'acide palmitique, composant du HFD, initiait cet effet via l'activation de PPAR-∂ ( signalisation du récepteur delta) activé par les proliférateurs de peroxysomes, qui induit la signalisation canonique Wnt16, 19. Un autre métabolite important couramment associé à l'obésité induite par l'alimentation est le cholestérol. Il a été constaté qu'une exposition prolongée à des taux de cholestérol élevés entraînait également la prolifération des CSI et augmentait le taux de tumorigenèse dans un contexte déficient en APC17.

T mutations within CpG sites are shown as a separate category. Individual dots indicate organoid samples, error bars show ± 1 sd from the mean, asterisks indicate results from pairwise t-test (two-sided) comparing mutation numbers for each mutation category, alpha = 0.05 (C) Average mutational profile of SNVs in 96 channels shown for HFD (upper panel) and SD (lower panel). Error bars indicate ± 1 sd./p> G, C > T outside of CpG regions, T > C, and T > G (Fig. 2B). The profile of relative contributions, across the 7 mutation channels, however, is similar between the two diet groups. Next, we examined the mutational profiles in 96 channels. The mean mutational profile per diet group exhibits few characteristic peaks, with the exception in the C > A and C > T components. The aggregated profile of the HFD group has a cosine similarity of 0.9929 to the SD group (Fig. 2C). We furthermore observe highly similar profiles between mice of either diet group (Supplementary Fig. 2A,B). To quantify how similar the mutational profiles of samples across diet groups are, we computed the pairwise cosine similarity between all samples, which ranges from 0.9020 to 0.9776 (mean = 0.9558) (Supplementary Fig. 2C)./p> T transition21. The activity of SBS1 observed in both groups thus likely reflects the normal aging process. Additionally, both groups showed high numbers of C > A mutations, which were largely attributed to SBS18. This signature has been proposed to be caused by damage due to reactive oxygen species22, 25 and might thus have arisen during the routine experimental handling of the samples or due to exposure to metabolic byproducts in the intestine. The remaining signatures SBS5 and SBS40 share similarly flat profiles. Although only SBS5 has been clearly identified as a clock-like signature, SBS40 was also found to correlate with age22, 37. Thus, the activity of both signatures may be explained by normal aging processes. Taken together, the results from de-novo extraction and signature refitting, confirm that the experimental HFD did not induce or impact different mutational processes for single nucleotide substitutions compared to the standard diet./p>