Guanosine-7 tRNA methylation regulates Prostate Cancer progression through protein reprogramming via tRNA-derived fragments biogenesis

Abstract

[ES] El cáncer de Próstata (CaP) es el cáncer más común y la tercera causa de muerte por cáncer de hombres en Europa. Aunque recientemente se han hecho grandes avances para el tratamiento de las fases tempranas de la enfermedad y la mayoría de los tumores responden a terapia de deprivación androgénica, muchos pacientes desarrollan Cáncer de Próstata resistente a la Castración, con reducidas opciones terapéuticas. Unos de los mayores problemas para el desarrollo de tratamientos efectivos para el CaP es la gran heterogeneidad intratumoral y la falta de biomarcadores fiables de la progresión de la enfermedad. En los últimos años, distintos estudios han destacado la relevancia de las modificaciones del ARN en la progresión tumoral y la respuesta a tratamiento de distintos tipos de cáncer. Así, la manipulación del epitranscriptoma podría ser una potencial diana terapéutica para eliminar de manera específica aquellas células tumorales resistentes a tratamientos. El objetivo de esta tesis es descifrar el epitranscriptoma del CaP con el fin último de identificar modificadores epitranscriptómicos reguladores de la capacidad proliferativa y de supervivencia de los tumores. Análisis in silico han demostrado que la metiltransferasa de ARNts METTL1 está sobreexpresada en tumores de próstata primarios y avanzados, existiendo una correlación directa entre mayores niveles de expresión y peor prognosis. La alteración de los niveles de la proteína se validó en muestras de tumor primario de pacientes, así como en el modelo murino de CaP PtenKO. Para la caracterización funcional del papel molecular de METTL1, se generaron distintas líneas de CaP con sobreexpresión, silenciamiento o ausencia total de la enzima. En consecuencia, la ausencia de METTL1 produjo una acumulación de fragmentos 5‘TOG derivados de ARNts, lo que no sólo condujo a una inhibición de la síntesis global de proteínas sino también a una alteración del programa traduccional. Como resultado, la deleción de METTL1 dio lugar a un deterioro de la capacidad proliferativa y de autorrenovación de líneas celulares y a una reducción de la formación y proliferación de tumores tanto en modelos murinos de xenotransplantes como de CaP. La capacidad de autorrenovación de un modelo humano derivado de PDXs se vio disminuida tras la depleción de la enzima. Además, las células que carecen de la metiltransferasa mostraron una alteración de la terminación de la autofagia, que conduce a una acumulación de agregados de proteínas, ROS y daño al DNA, lo que se traduce en una hipersensibilidad a condiciones de estrés. En conjunto, esta tesis demuestra que METTL1 regula la capacidad de las células tumorales para responder a los estímulos de estrés y la inhibición de su actividad metiltransferasa conduce en última instancia a un aumento de la sensibilidad a los agentes terapéuticos tradicionales. Este estudio concluye que METTL1 está sobreexpresada en CaP y que una mayor expresión se correlaciona con un mal pronóstico. METTL1 regula la metilación de guanina-7 en ARNts y la falta de esta modificación altera la síntesis proteica, lo que se traduce en una desregulación de procesos celulares esenciales como la proliferación y la capacidad de autorrenovación. El potencial terapéutico de METTL1 precisa de un análisis más detallado. [EN] Prostate Cancer (PCa) is the most common tumour and the third cause of death by cancer in European men. Although important advances have been made in early stages of the disease and most of the tumours respond to hormone deprivation therapy, many patients develop Castration Resistant Prostate Cancer (CRPC) which lacks effective therapeutic options. One of the major drawbacks for PCa treatment is the high intratumoural heterogeneity and the lack of reliable biomarkers of disease progression. During the last years, several studies have highlighted the importance of RNA chemical modifications in the progression and therapy response of several tumours. Thus, manipulation of the epitranscriptome might be a potential therapeutic target to specifically eliminate those cancer cell resistant to conventional treatments. Thereby, this thesis focuses in deciphering the epitranscriptomic landscape of PCa in order to identify altered epitranscriptomic regulators that may control tumour proliferation and survival capacities. In silico analysis demonstrated that the tRNA methyltransferase METTL1 was overexpressed in primary and advanced PCa tumours, being increased expression correlated with poor prognosis. Altered expression of the methyltransferase was confirmed in primary tumours samples from both patients and from PtenKO PCa mouse model. For functional characterization of METTL1 molecular role, cells over-expressing, silenced and knocked out for the methyltransferase were generated in distinct PCa cell lines. In consequence, lack of METTL1 resulted in accumulation of 5’TOG tRNA derived fragments, which lead not only to a global inhibition of protein synthesis but also to an alteration of the translational programme. As a result, METTL1 deletion resulted in impaired cell proliferation and self-renewal capacity in cell cultures and reduced tumour formation and proliferation in both xenografted and PtenKO PCa in vivo murine models. Impaired self-renewal capacity is observed in a human PDXs-derived model upon the enzyme depletion. In addition, cells lacking METTL1 exhibited impaired autophagy termination, which lead to accumulation of protein aggregates, ROS and DNA damage, resulting in an hypersensitivity to stress conditions. Altogether, this thesis demonstrates that METTL1 regulates tumoural cells capacity to respond to stress stimuli and inhibition of its methyltransferase activity ultimately leads to an increase sensitivity to traditional therapeutic agents. This study concludes that METTL1 is overexpressed in PCa and higher expression correlates with poor prognosis. METTL1 is essential for 7-guanine methylation in tRNAs and lack of the methylation results in protein synthesis alterations, which results in a deregulation of essential cellular processes as proliferation and self-renewal. Whether METTL1 can be used as a therapeutical target needs further validation.