Chromatin remodeling and epitranscriptomic regulation of the DNA damage response and immune function in nervous system disorders

Abstract

[ES] Las enfermedades neurológicas y el glioblastoma (GBM) son trastornos graves del sistema nervioso y constituyen una causa importante de discapacidad y mortalidad. Los mecanismos que subyacen a estas alteraciones y la patogénesis del GBM siguen siendo poco comprendidos. En consecuencia, no existen terapias efectivas y la supervivencia es muy baja. Profundizar en su conocimiento e identificar nuevas estrategias terapéuticas resulta esencial. En este contexto, dilucidar cómo la remodelación de la cromatina y las modificaciones de ARN regulan la respuesta al daño en el ADN (DDR) y el sistema inmune pueden aportar nuevas perspectivas sobre los procesos neurodegenerativos y oncológicos del sistema nervioso. La primera parte del estudio analizó los defectos moleculares y funcionales causados por variantes patogénicas raras en vaccinia-related kinase 1 (VRK1), una quinasa nuclear mutada en pacientes con trastornos neurológicos. Nos centramos en las variantes L200P y R387H, identificadas en un paciente con neuropatía motora de inicio temprano y signos piramidales. Los defectos en la DDR pueden contribuir a estas patologías, ya que las neuronas son especialmente sensibles al daño genómico. Además, se han descrito alteraciones en la remodelación de la cromatina en pacientes con enfermedades similares. Nuestros resultados mostraron que las variantes alteraron la estabilidad y la actividad quinasa de VRK1, causando defectos en la señalización temprana de la DDR y un aumento de marcas de histonas represivas, que pueden reducir la accesibilidad de la cromatina e inducir represión génica. La segunda parte tuvo como objetivo dilucidar el papel de los reguladores epigenéticos y epitranscriptómicos en GBM. La resistencia a temozolomida (TMZ), el tratamiento estándar, y el microambiente tumoral (TME) inmunosupresor son los principales obstáculos para una terapia eficaz. En este contexto, la quinasa VRK1 y la ARNt metiltransferasa METTL1 surgieron como posibles dianas terapéuticas que actúan mediante mecanismos complementarios: remodelación de la cromatina y regulación post-transcripcional. La inhibición de VRK1 redujo las marcas activadoras de histonas y aumentó las represivas, promoviendo probablemente la compactación de la cromatina e influyendo en la iniciación de la DDR. METTL1 se encontró sobreexpresada en GBM y asociada con peor pronóstico. Mediante modelos in vitro e in vivo, demostramos que la pérdida de METTL1 redujo la proliferación, incrementó la sensibilidad a TMZ, por la acumulación de daño génico, y desplazó el TME hacia estados más antitumorales, limitando la progresión tumoral. El mecanismo molecular subyacente probablemente implica una reprogramación de la traducción debido a la pérdida de la modificación N7- metilguanosina (m7G) en los ARNt. En conjunto, la inhibición de VRK1 o METTL1 representa una estrategia terapéutica prometedora para el GBM.

[EN] Neurological diseases and glioblastoma (GBM) are major conditions of the nervous system and main causes of disability and mortality worldwide. The mechanisms underlying neurological disorders and GBM pathogenesis remain poorly understood. Consequently, eJective therapies are lacking, and patient survival remains very poor. Therefore, there is an urgent need to better understand these conditions and identify new therapeutic approaches. In this context, elucidating how chromatin remodeling and RNA modifications regulate the DNA damage response (DDR) and immune function may provide insights into both neurodegenerative and oncogenic processes within the nervous system. The first part of the study investigated the molecular and functional defects caused by rare pathogenic variants in vaccinia-related kinase 1 (VRK1), a nuclear kinase found mutated in patients with neurological disorders. We especially focused on the L200P and R387H variants, recently identified in a patient with juvenile-onset motor neuropathy presenting with pyramidal signs. Defects in the DDR can contribute to neurological diseases, as neurons are particularly sensitive to the accumulation of DNA damage. Moreover, alterations in chromatin remodeling have been reported in patients with these diseases. We demonstrated that these two variants altered VRK1 stability and reduced kinase activity, leading to defective early DDR signaling, and increased accumulation of repressive histone marks, which may promote reduced chromatin accessibility and gene repression. The second part of this study aimed to elucidate the role of epigenetics and epitranscriptomic regulators in GBM. Resistance to temozolomide (TMZ), the current standard therapy, and the highly immunosuppressive tumor microenvironment (TME) constitute major challenges to eJective treatment. In this context, the kinase VRK1 and the tRNA methyltransferase METTL1) emerged as potential therapeutic targets acting through complementary mechanisms, chromatin remodeling and post-transcriptional regulation. Our results showed that VRK1 inhibition reduced activating histone marks and increased repressive ones, likely promoting chromatin compaction, and influencing the initiation of the DDR. On the other hand, METTL1 was found to be overexpressed in GBM and associated with poor prognosis. Using in vitro and in vivo models, we demonstrated that METTL1 loss reduced cell proliferation, enhanced sensitivity to TMZ through DNA damage accumulation, and shifted the TME toward a more antitumoral state, thereby limiting tumor progression. The underlying molecular mechanism likely involves translation reprogramming due to the absence of the N7- methylguanosine (m7G) modification in tRNAs. Altogether, inhibition of VRK1 or METTL1 may represent promising new therapeutic approaches for GBM.