DNA 甲基化ppt課件

1、;.1DNA 甲基化甲基化;.2DNA甲基化甲基化 基本原理基本原理DNA甲基化作為DNA序列的修飾方式，是一種重要的表觀遺傳機(jī)制，能夠在不改變DNA分子一級(jí)結(jié)構(gòu)的情況下調(diào)節(jié)基因組的功能，在生命活動(dòng)中起著重要的作用。在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(Dnmt)的催化下，以S一腺苷甲硫氨酸(SAM)為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到DNA分子中特定堿基上的過(guò)程，最常見(jiàn)的是在胞嘧啶上形成5 甲基胞嘧啶。;.3;.4DNA甲基化和CpG IslandsDNA甲基化能關(guān)閉某些基因的活性，去甲基化則誘導(dǎo)了基因的重新活化和表達(dá)。CpG島島通常位于基因的啟動(dòng)子區(qū)或是第一個(gè)外顯子區(qū)，是鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶的鳥(niǎo)嘌呤和胞嘧啶的富集區(qū)富集區(qū)，只

2、有CpG島的胞嘧啶能夠被甲基化。 CpG島中的島中的CpG位點(diǎn)通常是位點(diǎn)通常是處于非甲基化狀態(tài)，而在處于非甲基化狀態(tài)，而在CpG島外的島外的CpG位點(diǎn)則通常是甲基化的。位點(diǎn)則通常是甲基化的。近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)DNA甲基化還發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)上游2 kb左右稱(chēng)為“CpG島岸”（CpG island shore）的區(qū)域，絕大部分組織特異性的絕大部分組織特異性的DNA甲基化發(fā)生在甲基化發(fā)生在“CpG島岸島岸”而非而非“CpG島島”區(qū)域。區(qū)域。 ;.5;.6DNA甲基化與基因印記甲基化與基因印記基因印跡基因印跡指在配子或合子發(fā)生期間，來(lái)自親本的等位基因或染色體在發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生專(zhuān)一性的加工修飾專(zhuān)一性的加工修

3、飾，從而導(dǎo)致后代體細(xì)胞中兩個(gè)親本來(lái)源的等位基導(dǎo)致后代體細(xì)胞中兩個(gè)親本來(lái)源的等位基因有不同的表達(dá)活性。因有不同的表達(dá)活性?；蚪M印跡的分子機(jī)理與印跡基因中胞嘧啶甲基化尤其是CpG島的甲基化島的甲基化密切相關(guān)。若基因印跡作用喪失，本應(yīng)處于本應(yīng)處于“關(guān)閉關(guān)閉”狀態(tài)的基因被錯(cuò)誤激活開(kāi)啟狀態(tài)的基因被錯(cuò)誤激活開(kāi)啟，導(dǎo)致疾病。;.7DNA甲基化表觀遺傳機(jī)制甲基化表觀遺傳機(jī)制 基因啟動(dòng)子區(qū)內(nèi)CpG位點(diǎn)的甲基化可能通過(guò)3種種方式影響該基因轉(zhuǎn)錄活性：DNA序列甲基化直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合甲基CpG結(jié)合蛋白(MBPs)結(jié)合到甲基化CpG位點(diǎn)，與其他轉(zhuǎn)錄復(fù)合抑制因子相互作用或招募組蛋白修飾酶改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的

4、凝集阻礙轉(zhuǎn)錄因子與其調(diào)控序列的結(jié)合。;.8直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合Ap-2、c-myc、myn、細(xì)胞AMP依賴(lài)活性因子CREB、E2F、 NF-KB ，所識(shí)別序列都含有CpG殘基，這些部位一旦被甲基化，轉(zhuǎn)錄因子便不能再與此部位結(jié)合。;.9甲基甲基CpG結(jié)合蛋白與轉(zhuǎn)錄抑制結(jié)合蛋白與轉(zhuǎn)錄抑制MBPs能特異性結(jié)合甲基化CpG位點(diǎn)。MBPs包括MBD(methyl-CpG-binding domain)家族，MBD家族包括MBDl、MBD2、MBD3與MBD4。MBDs往往以蛋白復(fù)合體的形式發(fā)揮作用。抑制因子MeCP1(methyl cytosine binding protein

5、1)與MeCP2_2 可以結(jié)合一些甲基化CpG殘基。MeCP1可結(jié)合含有多重對(duì)稱(chēng)性甲 基化CpG位點(diǎn)的DNA，不結(jié)合半甲基化CpG位點(diǎn)。;.10DNA甲基化通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)抑制轉(zhuǎn)錄甲基化通過(guò)改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)抑制轉(zhuǎn)錄現(xiàn)DNA序列的甲基化能夠指導(dǎo)核心組蛋白H3H4的修飾以及連接組蛋白H1之間的連接作用，組蛋白組蛋白H3與與H4氨基端結(jié)構(gòu)域中多個(gè)賴(lài)氨酸殘基被乙酰化后，氨基端結(jié)構(gòu)域中多個(gè)賴(lài)氨酸殘基被乙?；螅瑢?huì)降低整個(gè)核小體對(duì)將會(huì)降低整個(gè)核小體對(duì)DNA的親和力，還可以阻止或降低與轉(zhuǎn)錄或其調(diào)節(jié)有的親和力，還可以阻止或降低與轉(zhuǎn)錄或其調(diào)節(jié)有關(guān)蛋白質(zhì)的相互作用。關(guān)蛋白質(zhì)的相互作用。 因此，甲基化可以通過(guò)染色

6、質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變阻斷轉(zhuǎn)錄因子的通路使其處于穩(wěn)定失活狀態(tài)。;.11DNA甲基化參與腫瘤的機(jī)制甲基化參與腫瘤的機(jī)制當(dāng)腫瘤發(fā)生時(shí)，抑癌基因CpG島以外的CpG序列非甲基化程度增加，而CpG島中的CpG則呈高度甲基化狀態(tài)，以致于染色體螺旋程度增加及抑癌基因表達(dá)的丟失。;.12DNA甲基化與肺癌的早期診斷甲基化與肺癌的早期診斷于DNA甲基化出現(xiàn)在幾乎所有腫瘤中，并且發(fā)生在癌前病變和癌變?cè)缙诎┣安∽兒桶┳冊(cè)缙冢虼耸悄[瘤早期診斷的理想標(biāo)志物。DNA甲基化改變常發(fā)生于腫瘤形成過(guò)程，包括全基因組水平全基因組水平DNA低甲基化和低甲基化和CpG島高甲基化。島高甲基化。抑癌基因的失活抑癌基因的失活是腫瘤發(fā)生的重要分子

7、基礎(chǔ)。;.13Tumor suppressor genes correlated with NSCLC1. p16基因基因位于人第9條染色體p21區(qū)，參與細(xì)胞周期蛋白調(diào)控，通過(guò)與細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)激酶CDK4及CDK6結(jié)合而抑制后者活性，進(jìn)而抑制細(xì)胞增殖，是一種重要的抑癌基因。p16啟動(dòng)子區(qū)5-CpG島甲基化是其失活的重要原因，在肺癌發(fā)生發(fā)展中起重要作用。;.14Tumor suppressor genes correlated with NSCLC2. RASSF1ARas相關(guān)區(qū)域家族1A（RASSF1A）是人類(lèi)腫瘤中甲基化頻率最高的一個(gè)抑癌基因，RASSF1A主要參與細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)，該基因甲

8、基化與肺癌發(fā)生發(fā)展及預(yù)后關(guān)系密切。;.15Tumor suppressor genes correlated with NSCLC3. CDH1、CDH13CDH1、CDH13基因均屬于鈣粘蛋白家族。CDH1編碼的蛋白E-cadherin是一跨膜糖蛋白，在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移方面起重要作用，是公認(rèn)的浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移抑制基因浸潤(rùn)轉(zhuǎn)移抑制基因。該基因啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化是E-cadherin失活的重要機(jī)制。CDH13基因編碼蛋白H-cadherin，起著抑癌基因作用，啟動(dòng)子區(qū)CpG島甲基化是H-cadherin失活的重要機(jī)制。;.16Tumor suppressor genes correlated

9、 with NSCLC4. DAPK死亡相關(guān)蛋白激酶DAPK基因作為抑癌基因具有調(diào)節(jié)凋亡的功能，與肺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其因啟動(dòng)子甲基化而表達(dá)缺失可導(dǎo)致多種腫瘤發(fā)生。;.17Tumor suppressor genes correlated with NSCLC5. MGMTO6-甲基鳥(niǎo)嘌呤-DNA-甲基轉(zhuǎn)移酶（O6-methylguanine-DNA methyltransferase, MGMT）是一種高效修復(fù)酶，能修復(fù)DNA序列中6-氧-甲基鳥(niǎo)嘌呤損傷，對(duì)維持基因組的穩(wěn)定性有重要意義，該基因的表達(dá)缺失可以導(dǎo)致肺癌的發(fā)生發(fā)展，該基因的表達(dá)缺失可以導(dǎo)致肺癌的發(fā)生發(fā)展，其啟動(dòng)子區(qū)甲基化是其啟

10、動(dòng)子區(qū)甲基化是MGMT去表達(dá)的重要機(jī)制。去表達(dá)的重要機(jī)制。;.18Tumor suppressor genes correlated with NSCLC與非小細(xì)胞肺癌相關(guān)的甲基化基因還有：與非小細(xì)胞肺癌相關(guān)的甲基化基因還有：FHIT、HIC-1、AKAPl2、ESRl、CYGB、OPCML、 ADAMTSl、TGFBI、RUNX3、UMDl、hSRBC、CADM1、p14ARF、p16INK4a、DAPK、GSTP1、MGMT、MLH1、FBN2、DAL-1、ASC等。;.19DNA甲基化與肺癌的早期診斷甲基化與肺癌的早期診斷DNA甲基化作為肺癌早期診斷的分子標(biāo)志物，其敏感性敏感性和特異性特

11、異性是研究關(guān)注的焦點(diǎn)。目前尚未發(fā)現(xiàn)敏感性和特異性非常高的DNA甲基化標(biāo)志物。;.20檢測(cè)標(biāo)本檢測(cè)標(biāo)本1.血液中血液中DNA甲基化的檢測(cè)甲基化的檢測(cè) 外周血是肺癌早期篩查和診斷比較理想的樣本，腫瘤患者血液中存在腫瘤細(xì)胞釋放的高水平的循環(huán)DNA，并且與原發(fā)腫瘤有著相同的基因改變。2.痰液中痰液中DNA甲基化的檢測(cè)甲基化的檢測(cè) 痰液含有來(lái)自肺和下呼吸道的脫落細(xì)胞，具有一定的特異性。;.21檢測(cè)標(biāo)本檢測(cè)標(biāo)本3.支氣管灌洗液中支氣管灌洗液中DNA甲基化的檢測(cè)甲基化的檢測(cè) 同痰液類(lèi)似，支氣管灌洗液（bronchoalveolar lavage, BAL）來(lái)源于肺的特定肺葉，可能含有肺癌細(xì)胞或者DNA可用于

12、肺癌早期診斷。4. 呼出氣冷凝液中呼出氣冷凝液中DNA甲基化的檢測(cè)甲基化的檢測(cè) 呼出氣冷凝液（exhaled breath condensate, EBC）中除了大部分水蒸氣外，還含有脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA等，在診斷哮喘、慢性阻塞性肺病等肺疾病中已初步體現(xiàn)出應(yīng)用價(jià)值?？捎糜诜伟┑脑\斷。 ;.22DNA甲基化與肺癌的治療甲基化與肺癌的治療由于DNA甲基化是靠DNMT來(lái)維持的，在CpG甲基化異常機(jī)制參與的腫瘤細(xì)胞中常表現(xiàn)為過(guò)度表達(dá)。因此，DNMT成為DNA去甲基化、恢復(fù)抑癌基因功能的熱點(diǎn)靶向分子。目前去甲基化藥物主要是指DNMT抑制刺，它通過(guò)抑制DNMT來(lái)恢復(fù)抑癌基因的功能，從而達(dá)到治療腫瘤的目的。

13、;.23DNA去甲基化途徑去甲基化途徑1） 被動(dòng)途徑被動(dòng)途徑： 由于核因子N F 粘附甲基化的DNA，使粘附點(diǎn)附近的DNA不能被完全甲基化，從而阻斷DNM T1 的作用。 2） 主動(dòng)途徑主動(dòng)途徑： 是由去甲基酶的作用，將甲基基團(tuán)移去的過(guò)程。在DNA 甲基化阻遏基因表達(dá)的過(guò)程中，甲基化CpG 粘附蛋白起著重要作用。;.24去甲基化藥物機(jī)理去甲基化藥物機(jī)理去甲基化藥物通過(guò)抑制抑制DNMT的活性的活性使復(fù)制后的DNA不能再次甲基化，這就導(dǎo)致所有等位基因表現(xiàn)為去甲基化，從而使抑癌基因得以恢復(fù)表達(dá)、抑制腫瘤的生長(zhǎng)，在細(xì)胞生理學(xué)上的改變主要包括誘導(dǎo)細(xì)胞分化、弱亡、衰老和免細(xì)胞分化、弱亡、衰老和免疫應(yīng)答疫應(yīng)答。;.25去甲基化藥物機(jī)理示意圖去甲基化藥物機(jī)理示意圖EGCG on DNMT1 inhibition;.26DNA甲基化研究的展望