C elegans and CRISPR/Cas gene editing to study BAP1 cancer-related mutations and cisplatin chemoresistance

Abstract

Model organisms and gene-editing strategies are fundamental to address a variety of scientific questions from basic science to biomedical research. Here, we reinforced the use of two powerful tools, the experimental system Caenorhabditis elegans and the CRISPR/Cas gene-editing technology, to model cancer-related mutations and investigate cisplatin-based chemoresistance. We have established a model to study BAP1 cancer predisposition syndrome-related mutations in the BAP1 ortholog ubh-4. By exploring distinct ubh-4 alleles, we have discovered a synthetic interaction between ubh-4 and rpn-9, an essential regulatory subunit involved in proteasome assembly. Moreover, we suggest a cooperating role between these genes in the ubiquitin-mediated proteostasis at meiotic prophase. In addition, we have exploited C. elegans to study the toxicity of cisplatin-based therapies in different ways. First, by studying the impact of glucose and lipid metabolism on cisplatin toxicity. Then, we have described the harmful effect of cisplatin in mitochondrial functions. Finally, we have established a method to investigate the cisplatin-induced neurotoxicity by using an automated worm tracking system and discovered a protective role of dopamine.

Los organismos modelo y las estrategias de edición genética son fundamentales para desentrañar incógnitas en ciencias de la vida, desde la investigación básica hasta investigación aplicada a la biomedicina. En este estudio, reafirmamos la importancia del uso de dos potentes herramientas, el sistema experimental Caenorhabditis elegans y la tecnología de edición genética CRISPR/Cas, para modelar mutaciones relacionadas con cáncer e investigar la quimiorresistencia al cisplatino. Hemos modelado mutaciones asociadas al síndrome de predisposición tumoral BAP1, en ubh-4/BAP1. Explorando el efecto de distintos alelos mutantes de ubh-4, hemos descubierto una interacción sintética entre ubh-4 y rpn-9, el cual codifica para una subunidad reguladora esencial para el ensamblaje del proteasoma. Además, proponemos que la cooperación funcional de dichos genes está implicada en la degradación de proteínas mediada por el sistema ubiquitina-proteasoma durante la profase meiótica. También hemos investigado la respuesta generada por la terapia con cisplatino en C. elegans. Por una parte, hemos demostrado que la toxicidad inducida por el cisplatino puede modularse alterando el metabolismo glucídico y lipídico. Por otro lado, hemos observado que esta droga genera disfunción mitocondrial. Finalmente, mediante un sistema automatizado, hemos puesto a punto un método para evaluar el efecto neurotóxico del cisplatino en el nemátodo y hemos encontrado que la dopamina posee un efecto protector.