KCTD-containing Cullin3 Adaptor, Suppressor of Hedgehog 2 (KCASH2) è un regolatore negativo della via di segnalazione di Sonic Hedgehog (Hh), che ha un ruolo fondamentale nella morfogenesi e nella tumorigenesi di vari organi, incluso il cervelletto.
KCASH2 agisce formando con la Cullina3 un complesso E3-ubiquitina ligasi, che recluta la istone deacetilasi HDAC1, portandola a degradazione proteasomale. In conseguenza della perdita di HDAC1 il fattore Gli1, il principale fattore trascrizionale della via di Hh, rimane nello stato acetilato e, quindi, trascrizionalmente inattivo, mantenendo spenta la via del segnale.
L¿espressione di KCASH2 è frequentemente ridotta nel Medulloblastoma Hh-dipendente (Mb). Non sono però ben chiariti i meccanismi di silenziamento trascrizionale di questo gene, cosi come i segnali ed i fattori di trascrizione che ne regolano l'espressione.
Le strategie terapeutiche per il MB Hh-dependente, in fase di sperimentazione, cercano di spegnere la via di Hh agendo a livello del recettore Smo ma incontrano limiti posti dall¿insorgenza di mutazioni farmaco-resistenti del recettore. Si stanno sviluppando quindi altre strategie in grado di colpire la via di Hh a livello dei fattori di trascrizione Gli. Una di queste strategie potrebbe essere basata sulla riaccensione della espressione di KCASH2, che agendo su HDAC1 e inducendone la degradazione potrebbe spegnere la via in modo "fisiologico".
La conoscenza dei meccanismi coinvolti nella regolazione fisio-patologica di KCASH2 è, dunque, il primo passo per lo sviluppo di nuove strategie nel trattamento del Medulloblastoma Hh-dipendente
Il progetto proposto è il primo che affronta il tema della regolazione trascrizionale di KCASH2 e mira ad ampliare le conoscenze dei meccanismi molecolari della complessa via di segnalazione di Hedgehog. Un'aberrante attivazione della via di Hedgehog è stata riscontrata in numerosi tipi di tumori umani: carcinoma delle cellule basali, rabdomiosarcoma, gliomi maligni, medulloblastoma, leucemia, cancro della mammella, del fegato, del pancreas e della prostata. Uno dei meccanismi più comuni responsabili dell'attivazione costitutiva del signaling di Hh è l'upregolazione del ligando Hh in maniera autocrina o paracrina; altri includono mutazioni loss of function del recettore PTCH1, della proteina inibitoria SUFU e mutazioni gain-of-function del corecettore SMO. Ancora non ben caratterizzata è l'attivazione non canonica della pathway che prevede una cascata di trasduzione di segnali dipendenti dai recettori di Hh che non agiscono attraverso l'asse Hh-Gli1 e l'attivazione di Gli1 SMO-indipendente.
Il progetto si propone di investigare i meccanismi di modulazione di KCASH2 nel contesto tumorale del medulloblastoma e mira all'identificazione di nuovi potenziali approcci terapeutici.
Negli ultimi anni, sono state sviluppate molecole che inibiscono la pathway di Hh, agendo principalmente su SMO. Molti di questi inibitori sono stati approvati dalla FDA e di corrente applicazione terapeutica, in combinazione o meno con standard agenti chemioterapici. Tuttavia, studi genomici in modelli animali e in biopsie di tumori umani hanno evidenziato lo sviluppo di meccanismi di resistenza a tali inibitori: principalmente intercorrono mutazioni a carico di SMO che, da una parte, compromettono il legame delle molecole inibitorie al recettore, dall'altro attivano costitutivamente la via di Hh, indipendente dal legame degli antagonisti di SMO. Sono frequenti anche mutazioni a carico di SUFU e Gli1 e meccanismi di upregolazione di altri signaling che direttamente sono coinvolti nell'attivazione di Gli1 (PI3K-mTOR pathway). Diventa necessario, dunque, controllare la via di Hh a livelli differenti a valle del recettore SMO . Gli sforzi ultimi della ricerca sono volti all'identificazione di nuove molecole che inibiscono selettivamente gli effettori di Hh, HDAC1 e HDAC2 (Coni S et al., 2017) nel trattamento del medulloblastoma Hh-dipendente. L'acetilazione è una modificazione post-traduzionale fondamentale nel controllo della via di Hh: l'acetilazione dei fattori trascrizionali Gli1 e Gli2 inibisce la loro attività trascrizionale, prevenendo il loro reclutamento sui promotori dei geni target.
Nel nostro laboratorio abbiamo identificato le proteina KCASHs coinvolte nella regolazione negativa del signaling di Hh, le quali partecipano alla formazione del complesso E3-ubiquitina ligasi in concerto con la Cullina3 e portano a degradazione proteasomale HDAC1, bloccando l'attivazione trascrizionale di Gli1/2 (De Smaele E. et al., 2011). Le proteine KCASHs agiscono, dunque, a valle del co-recettore SMO, candidandosi come putativi bersagli terapeutici nel trattamento del medulloblastoma, superando i meccanismi di resistenza sviluppati dalle cellule tumorali alle terapie convenzionali basate sull'inibizione di SMO.
Il progetto proposto mira a comprendere la regolazione fisio-patologica di KCASH2, downregolato nei medulloblastomi Hh-dipendenti. La comprensione della sua regolazione è il primo fondamentale passo per lo sviluppo di nuovi approcci terapeutici. Una di queste strategie potrebbe essere basata sulla riaccensione della espressione di KCASH2, che, agendo su HDAC1 e inducendone la degradazione, potrebbe spegnere la via di Hh.
Coni, S. et al. Selective targeting of HDAC1/2 elicits anticancer effects through Gli1 acetylation in preclinical models of SHH Medulloblastoma. Scientific reports 7, 44079, doi:10.1038/srep44079 (2017).
De Smaele, E. et al. Identification and characterization of KCASH2 and KCASH3, 2 novel Cullin3 adaptors suppressing histone deacetylase and Hedgehog activity in medulloblastoma. Neoplasia 13, 374-385 (2011).