Epigenetic targeting of BRPF1 and HDAC6 to reverse paclitaxel resistance in non small cell lung cancer

Abstract

Non‐small cell lung cancer (NSCLC) is the leading cause of cancer‐related mortality worldwide, largely due to the development of resistance to standard chemotherapy. Although platinum‐taxane based therapies initially provide benefits, many NSCLC patients eventually experience disease progression and metastasis. Our aim was investigating the mechanisms behind paclitaxel resistance and to find novel epigenetic targets to target this resistance. Paclitaxel‐resistant NSCLC cell lines (H460 and A549) were established using a dose‐escalation strategy over an eight‐month period. Resistant cells were characterized through cell viability, apoptosis, invasion, and migration assays. Transcriptomic analysis by RNA sequencing revealed key changes within resistant cells, including upregulation of genes involved in drug efflux like ABCB1 (ATP‐Binding Cassette Subfamily B Member 1) and signaling pathways such as epithelial‐mesenchymal transition (EMT). Notably, increased expression of SMAD (sma and mad‐related protein) genes have a pivotal in TGF‐β signaling was observed. These findings suggest that multidrug resistance and EMT are major mechanisms contributing to paclitaxel resistance. Epigenetic drug screening performed on the NSCLC cell lines identified epigenetic vulnerabilities. BRPF1 (bromodomain and PHD finger‐containing protein 1) and HDAC6 (a cytoplasmic histone deacetylase that also deacetylates non‐histone proteins) pharmacological inhibition showed successful synergy in combination with paclitaxel in resistant cells. Similarly, genetic knockdown and knockout of these targets resulted in a reversal of the resistant phenotype. As overall, our findings demonstrates novel epigenetic targets in paclitaxel‐resistant NSCLC cells. We showed the role of BRPF1 and it's efficiency in reversing paclitaxel resistance in NSCLC for the first time. Additionally the relation of epigenetic modifiers with EMT pathway members could provide novel insights for drug resistance mechanisms. Moreover, the efficacy of BRPF1 and HDAC6 inhibitors in reversing resistance highlights the potential of combining epigenetic modulators with chemotherapy to improve clinical outcomes. In conclusion, combining chemotherapy drugs with BRPF1 and HDAC inhibitors may be key to overcoming drug resistance in NSCLC. Future studies will focus on in vivo validation and the integration of epigenetic modulators with other pathways to increase patient survival.Küçük hücreli dışı akciğer kanseri (NSCLC), dünya genelinde kanserle ilişkili ölümlerin başlıca nedenidir ve bu durum büyük ölçüde standart kemoterapiye karşı gelişen dirençten kaynaklanmaktadır. Platin-taksan bazlı tedaviler başlangıçta fayda sağlasa da, birçok NSCLC hastasında zamanla hastalık ilerlemesi ve metastaz görülmektedir. Bu çalışmadaki amacımız, paklitaksel direncinin ardındaki mekanizmaları araştırmak ve bu dirence yönelik yeni epigenetik hedefler belirlemektir. Paklitaksele dirençli NSCLC hücre hatları (H460 ve A549), sekiz aylık bir doz artırım stratejisiyle geliştirildi. Dirençli hücreler; hücre canlılığı, apoptoz, invazyon ve migrasyon testleriyle karakterize edildi. RNA dizilemesi ile yapılan transkriptomik analiz, dirençli hücrelerde ilaç taşıma proteinleri (örneğin ABCB1, ATP-Bağlayıcı Kasa Alt Grubu B Üyesi 1) ve epitel-mezenkimal geçiş (EMT) gibi sinyal yollarıyla ilişkili genlerde artış olduğunu ortaya koydu. Özellikle TGF-β sinyal yolaklarında önemli rol oynayan SMAD genlerinin ifadesinde artış gözlemlendi. Bu bulgular, çoklu ilaç direnci ve EMT'nin paklitaksel direncine katkıda bulunan başlıca mekanizmalar olduğunu göstermektedir. Dirençli NSCLC hücre hatları üzerinde gerçekleştirilen epigenetik ilaç taraması, epigenetik zayıflıkları ortaya koydu. BRPF1 (bromodomain ve PHD parmak içeren protein 1) ve HDAC6 (sitozolde bulunan, hem histon hem de histon dışı proteinleri deasetilleyen bir histon deasetilaz) hedeflerinin farmakolojik inhibisyonunun, paklitaksel ile kombinasyon halinde dirençli hücrelerde başarılı bir sinerji sağladığı görüldü. Benzer şekilde, bu hedeflerin genetik olarak susturulması veya çıkarılması, dirençli fenotipin tersine dönmesine neden oldu. Genel olarak, bulgularımız paklitaksele dirençli NSCLC hücrelerinde yeni epigenetik hedefleri ortaya koymaktadır. Bu çalışmada BRPF1'in rolü ve NSCLC'de paklitaksel direncini tersine çevirme etkinliği ilk kez gösterilmiştir. Ayrıca, epigenetik düzenleyiciler ile EMT yolu üyeleri arasındaki ilişkinin ilaç direnci mekanizmaları hakkında yeni bilgiler sağlayabileceği düşünülmektedir. BRPF1 ve HDAC6 inhibitörlerinin dirençli hücrelerdeki etkinliği, epigenetik modülatörlerin kemoterapiyle kombinasyonunun klinik sonuçları iyileştirme potansiyelini vurgulamaktadır. Sonuç olarak, kemoterapi ilaçlarının BRPF1 ve HDAC inhibitörleriyle kombinasyonu, NSCLC'de ilaç direncini aşmanın anahtarı olabilir. Gelecekteki çalışmalar, bu bulguların in vivo doğrulanmasına ve epigenetik düzenleyicilerin diğer yolaklarla entegrasyonuna odaklanarak hasta sağkalımını artırmayı amaçlayacaktır.