Dissecting the mechanisms of transcriptional regulation by PML in triple-negative breast cancer

La proteina della leucemia promielocitica PML è essenziale per la formazione dei PML-NBs, strutture nucleari che si formano tramite la separazione di due fasi liquide. La maggior parte degli studi descrivono i PML-NBs come piattaforme nucleari che promuovono le modificazioni post-traslazionali e l’attività di proteine nucleari, molte delle quali transitano nei PML-NBs in maniera dinamica e sotto condizioni di stress cellulare. PML interagisce con molti fattori e regolatori della trascrizione, e proteine coinvolte nel rimodellamento della cromatina, e per questo motivo è coinvolto nella regolazione della trascrizione a più livelli. In particolare, PML è stato descritto come un regolatore indiretto della trascrizione, per esempio agendo come co-attivatore e co-repressore trascrizionale, e promuovendo o inibendo l’attività di proteine coinvolte nel rimodellamento della cromatina. Tuttavia, pur non legando il DNA direttamente, PML è stato coinvolto più direttamente nella regolazione trascrizionale, tramite l’interazione con regioni specifiche di DNA e larghi domini di cromatina dove regola il profilo epigenetico, la composizione della cromatina e la sua architettura. In questo contesto, non è ancora chiaro se PML agisca direttamente o indirettamente sulla trascrizione o se esercita queste funzioni in parallelo e nello stesso contesto. Il nostro gruppo di ricerca ha recentemente dimostrato che nel tumore al seno triplo-negativo PML promuove l’espressione di geni pro-metastatici influenzando la trascrizione a vari livelli e in diverse modalità. Nello specifico, abbiamo identificato PML legato a due tipi distinti di cromatina e in due modalità di legame differenti: picchi narrow in regioni di eucromatina, e grandi domini in regioni di eterocromatina. Tramite queste due modalità di legame al DNA, PML regola la trascrizione dei suoi geni target sia direttamente che indirettamente agendo contemporaneamente da fattore co-trascrizionale e proteina strutturale coinvolta nell’organizzazione di domini di cromatina. I nostri dati dimostrano per la prima volta che PML esercita le sue attività trascrizionali in molteplici maniere e in parallelo nello stesso contesto cellulare.

The promyelocytic leukaemia PML protein is the molecular scaffold of phase-separated organelles known as PML nuclear bodies (PML-NBs). Existing evidence propose that PML-NBs act as nuclear platforms for the post-translational modification and activity of a large number of proteins that transit through them in a dynamic manner and upon cellular stress. Most PML interactors are transcription factors (TFs), transcriptional regulators and chromatin remodelling proteins, which implicates PML in regulation of transcription at various levels. In this respect, PML has been mainly described as an indirect regulator of transcription, by acting as a transcriptional co-activator or co-repressor of TFs, or by promoting or inhibiting the activity of chromatin modifiers. In addition, although it does not bind DNA directly, several lines of evidence suggest a more direct role of PML into transcriptional regulation, via its association with specific DNA regions or larger chromatin domains, where it may regulate epigenetic profiles, chromatin composition and chromatin architecture. In this framework, is still unclear to what extent PML regulates transcription via either direct or indirect mechanisms, or if it exerts these activities in concert. In the context of triple-negative breast cancer (TNBC), we found that PML promotes the expression of pro-metastatic genes by influencing transcription at multiple levels and in distinct modalities. Specifically, we identified PML bound to chromatin in two distinct conformations and in opposite chromatin environments: narrow peaks found in euchromatin regions, and broad domains found in heterochromatin regions. We unveil that PML directly or indirectly regulates transcription by means of these two modalities, acting as a transcriptional co-activator or co-repressor, as well as a structural protein involved in the organization of chromatin domains. Our data demonstrate for the first time that PML exerts its transcriptional functions in multiple ways and parallelly in the same cellular context.