Simulaciones atomísticas de la curvatura del ADN: implicaciones para su circularización, la unión de factores de transcripción y su modulación por fármacos antitumorales

La trabectedina (Yondelis®) es un potente agente antitumoral de origen marino obtenido por la compañía española PharmaMar. Esta molécula se une de forma covalente al surco menor del ADN e induce curvatura de la doble hélice hacia el surco mayor que ha sido estudiada tanto por métodos experimentales como teóricos. La primera indicación para la que fue aprobada trabectedina, debido a su inusitada eficacia, fue el liposarcoma mixoide (LSM), un tumor de tejidos blandos que aparece como consecuencia de la translocación cromosómica t(12;16)(q13;p11). Esta traslocación da lugar a un factor de transcripción anormal, FUS-CHOP o TLS-DDIT3, que se comporta como una oncoproteína, impidiendo la diferenciación normal de los adipocitos y produciendo una proliferación incontrolada de sus precursores celulares. Se han descrito hasta 12 tipos diferentes de transcritos FUS-CHOP y, curiosamente, se ha comprobado que el tipo de transcrito presente en el tumor es determinante a la hora de conseguir una respuesta favorable a trabectedina. Así, los pacientes que presentan las variantes I o II responden mejor al tratamiento mientras que los tumores que presentan el tipo III son menos susceptibles. Trabectedina detiene el crecimiento del LSM y actúa como un estimulante de la diferenciación adipocítica, ya que bloquea la transactivación llevada a cabo por la oncoproteína. Este hecho extraordinario se ha atribuido a la capacidad del fármaco de producir la separación de la quimera FUS-CHOP de sus promotores diana y retrasar la formación del mismo complejo con el tiempo. Ante estos hallazgos experimentales, y sobre la base de los antecedentes de modelado molecular del grupo de investigación, decidimos intentar dilucidar el mecanismo mediante el cual la trabectedina logra separar la quimera del ADN. Como sabemos que este fármaco produce curvatura del ADN hacia el surco mayor al unirse covalentemente en el surco menor, planteamos la hipótesis de que esta curvatura en regiones promotoras a las que se unen los transcritos FUS-CHOP es la responsable de impedir el reconocimiento del ADN por parte del dominio de unión a ADN de FUS-CHOP. Mediante técnicas de modelado y simulación molecular hemos estudiado: (i) la curvatura intrínseca de diferentes secuencias de ADN que dan lugar a círculos de doble cadena covalentemente cerrados en ensayos de ligado y circularización, a través del análisis de los parámetros helicoidales derivados de su secuencia, (ii) la curvatura inducida en el ADN tras la unión de los dos únicos fármacos descritos (trabectedina y calicheamicina) que se sabe aumentan la ratio de circularización de determinadas secuencias de ADN, mediante el análisis de los cambios en los parámetros helicoidales del ADN tras su unión a la doble hélice, (iii) el papel de la unión de la T4 ADN ligasa empleada en los ensayos de circularización en la curvatura del ADN. Con toda la información obtenida referente a la unión 9 de proteínas y fármacos al ADN y el impacto en su curvatura, hemos propuesto un modelo para explicar el mecanismo de acción de trabectedina en LSM.Trabectedin (Yondelis®) is a potent anti-tumour agent of marine origin developed by the Spanish company PharmaMar. This molecule covalently binds to the minor groove of DNA and induces bending of the double helix towards the major groove, a process that has been studied both experimentally and theoretically. The first indication trabectedin was approved for, due to its unprecedented efficacy, was myxoid liposarcoma (MLS), a soft tissue tumour resulting from chromosomal translocation t(12;16)(q13;p11). This translocation gives rise to an abnormal transcription factor, FUS-CHOP or TLS-DDIT3, which behaves like an oncoprotein, preventing normal differentiation of adipocytes and leading to uncontrolled proliferation of their cell precursors. Up to 12 different types of FUS-CHOP transcripts have been described. Interestingly, it has been found that the type of transcript present in the tumour is a determining factor when it comes to achieving a favourable response to trabectedin. Thus, patients with variants I or II respond better to treatment while tumours with type III are less susceptible. Trabectedin prevents the growth of MSL and acts as a stimulant of adipocyte differentiation by blocking the transactivation carried out by the oncoprotein. This remarkable fact has been attributed to the drug's ability to cause detachment of the FUS-CHOP chimera from its target promoters and delay the formation of the FUS-CHOP complex over time. Given these experimental findings, and based on the molecular modelling background of the research group, we decided to try to elucidate the mechanism by which trabectedin separates the chimera from the DNA. As we know that this drug causes DNA bending towards the major groove by covalently binding to the minor groove, we hypothesised that this curvature in promoter regions to which FUS-CHOP transcripts bind might be responsible for preventing DNA recognition by the DNA-binding domain of FUS-CHOP. By means of molecular modelling and simulation techniques we have studied: (i) the intrinsic curvature of different DNA sequences that give rise to covalently closed double-stranded circles in ligation and circularisation assays, through the analysis of the helical parameters derived from their sequence, (ii) the curvature induced in DNA upon binding of the only two drugs described (trabectedin and calicheamicin) that are known to increase the circularisation ratio of certain DNA sequences, by analysing the changes in DNA helical parameters after binding to the double helix, (iii) the role of the binding of the T4 DNA ligase used in circularisation assays on DNA curvature. Based on all the information obtained regarding protein and drug binding to DNA and the impact on its curvature, we have proposed a model to explain the mechanism of action of trabectedin in MLS