Войти
метилирование ДНК при раке играет множество ролей, помогая изменить здоровую регуляцию экспрессии генов на паттерн заболевания.
Все млекопитающие клетки, произошедшие от оплодотворенной яйцеклетки (зигота ), имеют общую последовательность ДНК (за исключением новых мутаций в некоторых линиях). Однако в процессе развития и формирования различных тканей эпигенетические факторы изменяются. Изменения включают модификации гистона, метилирование CpG-островка и реорганизацию хроматина, которые могут вызывать стабильное молчание или активацию определенных генов. После формирования дифференцированных тканей метилирование CpG-островков обычно стабильно наследуется от одного клеточного деления к следующему через механизм поддержания метилирования ДНК.
При раке обнаруживается ряд мутационных изменений в генах, кодирующих белок. Колоректальный рак обычно имеет от 3 до 6 мутаций водителя и от 33 до 66 мутаций путешественника или пассажира, которые подавляют экспрессию белка в затронутых генах. Однако подавление транскрипции может быть более важным, чем мутация, в том, что оно вызывает молчание генов при прогрессировании рака. При колоректальном раке от 600 до 800 генов транскрипционно подавляются, по сравнению с соседними нормальными тканями, за счет метилирования CpG-островков. Репрессия транскрипции при раке также может происходить с помощью других эпигенетических механизмов, таких как измененная экспрессия микроРНК.
CpG-островки обычно являются Длина от 200 до 2000 пар оснований, содержание пары оснований C: G >50% и частые 5 '→ 3' последовательности CpG. Около 70% человеческих промоторов, расположенных рядом с сайтом начала транскрипции гена, содержат островок CpG.
Промоторы, расположенные на расстоянии от транскрипции Стартовый сайт гена также часто содержит CpG-островки. Промотор гена репарации ДНК ERCC1, например, был идентифицирован и расположен примерно на 5400 нуклеотидов выше его кодирующей области. Островки CpG также часто встречаются в промоторах для функциональных некодирующих РНК, таких как микроРНК и длинные некодирующие РНК (днРНК).
Гены могут подавляться множественным метилированием CpG-сайтов в CpG-островках их промоторов. Даже если молчание гена инициируется другим механизмом, это часто сопровождается метилированием сайтов CpG в промоторном островке CpG для стабилизации сайленсинга гена. С другой стороны, гипометилирование CpG-островков в промоторах может привести к сверхэкспрессии генов.
При раке потеря экспрессии генов происходит примерно в 10 раз чаще из-за гиперметилирования островков CpG промотора, чем из-за мутаций. Например, в опухолях толстой кишки по сравнению с соседней слизистой оболочкой толстой кишки, имеющей нормальный вид, в промоторах генов опухолей встречается от 600 до 800 сильно метилированных CpG-островков, тогда как эти CpG-островки не метилированы в соседней слизистой оболочке. Напротив, как Vogelstein et al. Отметим, что при колоректальном раке обычно бывает всего от 3 до 6 мутаций водителя и от 33 до 66 мутаций путешественника или пассажира.
При спорадических формах рака дефицит репарации ДНК иногда обнаруживается из-за мутации в гене репарации ДНК. Однако гораздо чаще снижение или отсутствие экспрессии гена репарации ДНК при раке связано с метилированием его промотора. Например, из 113 исследованных раковых опухолей прямой кишки только четыре имели миссенс-мутацию в гене репарации ДНК MGMT, в то время как в большинстве случаев экспрессия MGMT была снижена из-за метилирования промоторной области MGMT. Аналогичным образом, среди 119 случаев колоректального рака с недостаточной репарацией несоответствия, в которых отсутствовала экспрессия гена репарации ДНК PMS2, в 6 была мутация в гене PMS2, в то время как для 103 случаев PMS2 был дефицитным, поскольку его партнер по спариванию MLH1 был репрессирован из-за метилирования промотора (белок PMS2 нестабилен в отсутствие MLH1). В остальных 10 случаях потеря экспрессии PMS2, вероятно, была связана с эпигенетической сверхэкспрессией микроРНК miR-155, которая подавляет MLH1.
Было обнаружено, что двадцать два гена репарации ДНК с гиперметилированными промоторами и пониженной экспрессией или ее отсутствием встречаются среди 17 типов рака, как указано в двух обзорных статьях. Гиперметилирование промотора MGMT часто происходит при ряде видов рака, включая 93% рака мочевого пузыря, 88% рака желудка, 74% рака щитовидной железы, 40% -90% рака прямой кишки и 50% рака мозга.. Этот обзор также показал, что гиперметилирование промотора LIG4, NEIL1, ATM, MLH1 или FANCB происходит на частотах между От 33% до 82% при одном или нескольких из рака головы и шеи, немелкоклеточного рака легкого или немелкоклеточного рака легкого плоскоклеточного рака карциномы. В статье [[Эпигенетическая инактивация гена синдрома Вернера преждевременного старения при раке человека] указывается, что ген репарации ДНК WRN имеет промотор, который часто гиперметилирован при ряде раковых заболеваний, причем гиперметилирование происходит в 11–38% случаев. % колоректального, головы и шеи, желудка, простаты, груди, щитовидной железы, неходжкинская лимфома, хондросаркома и остеосаркома рак (см. WRN ).
Как обсуждают Джин и Роберстон в их обзоре, подавление гена репарации ДНК за счет гиперметилирования может быть очень ранним шагом на пути к развитию рака.. Предполагается, что такое молчание действует аналогично мутации зародышевой линии в гене репарации ДНК и предрасполагает клетку и ее потомки к развитию рака. Другой обзор также указал на раннюю роль гиперметилирования генов репарации ДНК при раке. Если ген, необходимый для репарации ДНК, гиперметилирован, что приводит к недостаточной репарации ДНК, повреждения ДНК будут накапливаться. Повышенное повреждение ДНК приводит к увеличению количества ошибок во время синтеза ДНК, что приводит к мутациям, которые могут вызвать рак.
Если гиперметилирование гена репарации ДНК является ранней стадией канцерогенеза, то оно также может происходить в нормально выглядящих тканях, окружающих рак, из которого возник рак (дефект поля ). См. Таблицу ниже.
| Рак | Ген | Частота в раковых заболеваниях | Частота в дефектах поля | Арт. |
|---|---|---|---|---|
| Колоректальный | MGMT | 55% | 54% | |
| Колоректальный | MSH2 | 13% | 5% | |
| Колоректальный | WRN | 29% | 13% | |
| Голова и шея | MGMT | 54% | 38% | |
| Голова и шея | MLH1 | 33% | 25% | |
| Немелкоклеточный рак легкого | АТМ | 69% | 59% | |
| Немелкоклеточный рак легкого | MLH1 | 69% | 72% | |
| Желудок | MGMT | 88% | 78% | |
| Желудок | MLH1 | 73% | 20% | |
| Пищевод | MLH1 | 77%-100% | 23% -79% |
В то время как повреждения ДНК могут приводить к мутациям из-за подверженности ошибкам трансфузии синтез, повреждения ДНК также могут вызывать эпигенетические изменения во время неправильных процессов восстановления ДНК. Повреждения ДНК, которые накапливаются из-за гиперметилирования промоторов генов репарации ДНК, могут быть источником повышенных эпигенетических изменений, обнаруживаемых во многих генах при раке.
В раннем исследовании, посвященном ограниченному набору промоторов транскрипции, Fernandez et al. изучили профили метилирования ДНК 855 первичных опухолей. Сравнивая каждый тип опухоли с соответствующей нормальной тканью, 729 сайтов CpG-островков (55% из 1322 оцененных сайтов CpG-островков) показали дифференциальное метилирование ДНК. Из этих сайтов 496 были гиперметилированы (репрессированы) и 233 были гипометилированы (активированы). Таким образом, в опухолях наблюдается высокий уровень изменений метилирования промоторов. Некоторые из этих изменений могут способствовать прогрессированию рака.
У млекопитающих микроРНК (миРНК) регулируют транскрипционную активность примерно 60% генов, кодирующих белок. Каждая индивидуальная миРНК может нацеливаться и подавлять транскрипцию в среднем примерно 200 информационных РНК генов, кодирующих белок. Промоторы примерно одной трети из 167 miRNA, оцененных Vrba et al. в нормальных тканях молочной железы были дифференциально гипер / гипометилированы при раке груди. Более недавнее исследование показало, что 167 miRNA, оцененные Vrba et al. только 10% микроРНК экспрессировались в тканях груди. Это более позднее исследование показало, что 58% miRNA в ткани груди имеют дифференциально метилированные области в промоторах при раке груди, включая 278 гиперметилированных miRNA и 802 гипометилированных miRNA.
Одна miRNA, которая сверхэкспрессируется примерно в 100 раз при раке груди, - это miR-182. MiR-182 нацелен на информационную РНК BRCA1 и может быть основной причиной снижения экспрессии белка BRCA1 при многих формах рака молочной железы (см. Также BRCA1 ).
Некоторые микроРНК нацелены на информационные РНК для генов ДНК-метилтрансферазы DNMT1, DNMT3A и DNMT3B, генные продукты которых необходимы для инициирования и стабилизация метилирования промоторов. Как обобщено в трех обзорах, miRNAs miR-29a, miR-29b и miR-29c нацелены на DNMT3A и DNMT3B; miR-148a и miR-148b нацелены на DNMT3B; и miR-152 и miR-301 нацелены на DNMT1. Кроме того, miR-34b нацелен на DNMT1, а сам промотор miR-34b гиперметилирован и недостаточно экспрессируется в большинстве случаев рака простаты. Когда экспрессия этих микроРНК изменяется, они также могут быть источником гипер / гипометилирования промоторов генов, кодирующих белок, при раке.
Рубен Агрело, * Вен-Син Ченг, † Фернандо Сетиен, * Сантьяго Роперо, * Хесус Эспада, * Марио Ф. Фрага, * Мишель Эрранц, * Мария Ф. Паз, * Монтсеррат Санчес-Сеспедес, * Мария Хесус Артига, * Давид Герреро, ‡ Антони Кастельс, § Кайетано фон Коббе, * Вильгельм А. Бор, † и Манель Эстеллер * ¶Эпигенетическая инактивация гена синдрома Вернера преждевременного старения при раке человека. Natl Acad Sci US A. 2006; 103 (23): 8822–8827.
