Die beiden häufigsten primären Lebertumoren, das hepatozelluläre Karzinom (HCC) beim Erwachsenen und das Hepatoblastom beim Kind, weisen ein gemeinsames molekulares Merkmal auf: die aberrante Aktivierung des Wnt/β-Catenin-Signalwegs. Somatische Mutationen des CTNNB1-Gens, das β-Catenin kodiert, finden sich in etwa 30 % der HCC, während Deletionen von Exon 3 desselben Gens mehr als 80 % der Hepatoblastome betreffen. Diese Veränderungen verhindern den Abbau von β-Catenin, das sich daraufhin im Zellkern anreichert und dort in Verbindung mit dem Faktor TCF-4 die Expression eines Repertoires von Genen steuert, die am Stoffwechsel und an der Proliferation beteiligt sind. Beim Hepatoblastom ist die Induktion des DLK1/DIO3-Locus – der größten Gruppe nicht-kodierender RNAs des Genoms, die insbesondere 54 microRNAs und mehrere lange nicht-kodierende RNAs wie MEG3 umfasst – mit CTNNB1-Mutationen korreliert und mit einer schlechten Prognose assoziiert. Der Mechanismus, der die Aktivierung von β-Catenin mit dieser Induktion verbindet, war jedoch nach wie vor wenig verstanden.
Um ihn zu entschlüsseln, nutzten die Autoren zwei Mausmodelle, die die Entstehung dieser Krebserkrankungen durch onkogene Aktivierung von β-Catenin nachbilden: das eine durch leberspezifischen Funktionsverlust von Apc (ApcΔhep), das andere durch Deletion von Exon 3 von Ctnnb1 (β-cateninΔExon3). Humane Leberzelllinien mit CTNNB1-Mutationen ergänzten diesen Ansatz. Durch die Kombination von CRISPR-Cas9-Editierung in vivo, Chromosomenkonformationsanalyse (Chromosome Conformation Capture), ATAC-seq und Chromatin-Immunpräzipitation identifizierte das Team ein regulatorisches Element stromaufwärts von Meg3, das als DLK1-WRE (Wnt responsive element) bezeichnet wurde. Dieses Element, das bei anhaltender Aktivierung von β-Catenin von den β-Catenin/TCF-4-Komplexen gebunden wird, nimmt daraufhin eine offene Konformation an und stimuliert die Transkription des DLK1/DIO3-Locus sowohl in humanen Hepatoblastomen als auch in den Mausmodellen.
Die Editierung des DLK1-WRE-Elements mittels CRISPR-Cas9 reduzierte die Expression des Locus und verlangsamte das Tumorwachstum in drei Kontexten: subkutanen Transplantaten von CTNNB1-mutierten Tumorzellen, ApcΔhep-Hepatoblastomen und β-cateninΔExon3-HCC. Die Mechanismen dieser Hemmung unterscheiden sich je nach Modell: Im ersten Fall geht die Stilllegung des Locus mit einer erhöhten Expression von FADD und einer Spaltung der Caspase-3 einher, was eine Reaktivierung der Apoptose widerspiegelt; in den beiden anderen Fällen führt sie zu einer verminderten Expression von durch den Faktor FoxM1 regulierten Akteuren des Zellzyklus.
Diese Arbeiten belegen somit, dass der DLK1/DIO3-Locus eine wesentliche Determinante der FoxM1-abhängigen Zellproliferation im Verlauf der β-Catenin-gesteuerten hepatischen Tumorgenese darstellt. Nach Ansicht der Autoren könnte das gezielte Ansteuern des Enhancers DLK1-WRE zur Stilllegung dieses Locus eine interessante therapeutische Strategie darstellen, um das Wachstum primärer Leberkrebserkrankungen mit CTNNB1-Mutationen einzudämmen.