甲基化和腫瘤

甲基化與腫瘤甲基化和腫瘤第1頁甲基化和腫瘤第2頁內(nèi)容提要DNA甲基化及其與腫瘤關(guān)系組蛋白甲基化及其與腫瘤關(guān)系甲基化和腫瘤第3頁DNA甲基化概念：DNA甲基化（DNAmethylation)是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）作用下，將一個(gè)甲基添加在DNA分子中堿基上，最常見是加在胞嘧啶上，由此形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。甲基化和腫瘤第4頁甲基化和腫瘤第5頁1、DNA甲基化位點(diǎn)：CpG島或富含CpG島區(qū)域2、CpG島特征：A、CpG島主要位于基因開啟子區(qū)，部分位于基因第一個(gè)外顯子區(qū)；B、CpG島甲基化能夠直接造成相關(guān)基因表觀遺傳學(xué)緘默。DNA甲基化甲基化和腫瘤第6頁3、DNA甲基化生物學(xué)意義DNA甲基化直接制約基因活化狀態(tài)。在進(jìn)化和生命體活動(dòng)中，DNA甲基化生物學(xué)意義在于基因表示時(shí)空調(diào)控，以及保護(hù)基因組穩(wěn)定性。比如，基因在不一樣時(shí)期特異表示，有些基因在發(fā)育早期甲基化，發(fā)育晚期被誘導(dǎo)去甲基化；管家基因低甲基化；印記基因高甲基化等。甲基化和腫瘤第7頁4、DNA甲基化抑制基因轉(zhuǎn)錄機(jī)制：(1)干擾轉(zhuǎn)錄因子對(duì)DNA元件識(shí)別和結(jié)合甲基化和腫瘤第8頁

(2)序列特異性甲基化DNA結(jié)合蛋白與開啟子區(qū)甲基化CpG島結(jié)合，募集組蛋白去乙酰化酶(HDAC)，形成轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物，阻止轉(zhuǎn)錄因子與開啟子區(qū)靶序列結(jié)合，從而影響基因轉(zhuǎn)錄。甲基化和腫瘤第9頁GeneexpressionisaffectedbynearbyDNAsequencescalledpromoters,whichoftenincludeCpGislands.WhenMeCP2bindstotheCpGislandinapromoter(bottom),associatedproteinsacttopreventexpressionofthegene.甲基化和腫瘤第10頁（3）DNA甲基化經(jīng)過改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構(gòu)，抑制基因表示。染色質(zhì)構(gòu)型改變伴伴隨組蛋白乙酰化和去乙?；?，以調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄“開”和“關(guān)”。

甲基化和腫瘤第11頁DNA甲基化與腫瘤相關(guān)基因低甲基化抑癌基因過甲基化甲基化和腫瘤第12頁腫瘤中重復(fù)序列DNA低甲基化腫瘤中單拷貝基因低甲基化人類基因組中與癌癥相關(guān)低甲基化：甲基化和腫瘤第13頁

腫瘤中重復(fù)序列DNA低甲基化

長散在核苷元件（LINE）和Alu等重復(fù)序列及一些內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒元件在各種腫瘤中存在低甲基化現(xiàn)象。LINE-1是人類基因組中最活躍、最豐富可移動(dòng)DNA或轉(zhuǎn)座子序列。這些可移動(dòng)DNA低甲基化能夠引發(fā)癌基因轉(zhuǎn)錄激活且發(fā)生于許多腫瘤中。另外，可移動(dòng)DNA低甲基化也能破壞鄰近基因正常表示。比如，LINE-1突變性插入破壞了大腸癌和乳腺癌中抑癌基因APC和C-MYC表示，造成腫瘤發(fā)生。甲基化和腫瘤第14頁腫瘤中單拷貝基因低甲基化人類腫瘤中發(fā)覺了一些與腫瘤或增殖相關(guān)基因甲基化。原癌基因HOX11在一些T細(xì)胞型淋巴母細(xì)胞白血病中和腫瘤抗原基因MN/CA49在一些腎癌細(xì)胞癌中，都已發(fā)覺有低甲基化現(xiàn)象。在結(jié)腸癌、直腸癌中癌基因C-MYCHapa2位點(diǎn)也觀察到低甲基化。另外，一些腫瘤標(biāo)志基因如編碼腫瘤特異性MAGE、LAGE和GAGE組員及一些印記基因如IGF2、H19等在一些腫瘤中也程現(xiàn)低甲基化狀態(tài)。甲基化和腫瘤第15頁總之，兩個(gè)主要機(jī)制均暗示DNA低甲基化可能造成癌癥。第一，它可能改變單基因表示，比如癌基因過量表示，對(duì)癌癥直接發(fā)揮作用，或者，它能夠打斷腫瘤抑制基因，破壞體內(nèi)抗腫瘤機(jī)制。第二，DNA低甲基化可能造成染色體不穩(wěn)定，增加腫瘤易感性。甲基化和腫瘤第16頁人類癌癥中含有高甲基化CpG島基因基因功效定位腫瘤類型結(jié)論p16INK4a周期依賴激酶抑制劑9p21各種腫瘤細(xì)胞周期入口P14ARFMDM2抑制劑9p21結(jié)腸癌、胃癌、腎癌p53下游基因P15LNK4b周期依賴激酶抑制劑9p21白血病細(xì)胞周期入口hMLH1DNA錯(cuò)配修復(fù)3p21.3結(jié)腸癌、子宮內(nèi)膜癌、胃癌移碼突變BRCA1DNA修復(fù)、轉(zhuǎn)錄17q21乳腺癌、卵巢癌雙鏈打斷抑癌基因過甲基化與腫瘤相關(guān)甲基化和腫瘤第17頁1.細(xì)胞周期2.P53網(wǎng)絡(luò)3.激素應(yīng)答4.細(xì)胞因子信號(hào)抑癌基因過甲基化與腫瘤發(fā)生機(jī)制甲基化和腫瘤第18頁細(xì)胞周期在許多人類主要腫瘤和細(xì)胞系中，細(xì)胞循環(huán)抑制物p16INK4a均被過甲基化，使癌細(xì)胞易脫離衰老并增殖。一樣，RB基因和細(xì)胞循環(huán)抑制物p15INK4b也經(jīng)常遭碰到異常高甲基化。甲基化和腫瘤第19頁p53網(wǎng)絡(luò)人類癌癥中，p53是突變頻率最高腫瘤抑制基因；不過，普通人類原發(fā)腫瘤是p53野生型。另一個(gè)使p53失活方式是經(jīng)過甲基化調(diào)整使腫瘤抑制基因p14ARF緘默，這條路徑可使MDM2癌基因蛋白脫離P14ARF抑制，自由引發(fā)p53退化。在白血病中，p53同源基因p73也被過甲基化。甲基化和腫瘤第20頁激素應(yīng)答雌激素、孕酮、雄激素和泌乳刺激素受體異常甲基化發(fā)生在乳腺和子宮腫瘤中，可能造成這些癌細(xì)胞不對(duì)這類激素發(fā)生應(yīng)答。表現(xiàn)出視黃酸受體β2和細(xì)胞視黃醇結(jié)合蛋白Ⅰ開啟子過甲基化腫瘤可能廢止類維生素A分化作用。甲基化和腫瘤第21頁細(xì)胞因子信號(hào)幾條細(xì)胞因子通路負(fù)調(diào)控中發(fā)覺均暗示細(xì)胞因子信號(hào)抑制劑（SOCS）家族蛋白存在，尤其是轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄體Jak/STAT通路受體相關(guān)酪氨酸/信號(hào)改變器和激活劑。在人類癌癥中，SOCS-1和SOCS-3經(jīng)歷了甲基化相關(guān)緘默。甲基化和腫瘤第22頁總之，與低甲基化相比，高甲基化是一個(gè)較簡(jiǎn)單現(xiàn)象，經(jīng)常出現(xiàn)在特殊基因調(diào)控/開啟區(qū)域，隨癌癥種類不一樣而不一樣。很清楚，和低甲基化一樣，很多與人類癌癥相關(guān)基因中存在高甲基化現(xiàn)象，而這種基因數(shù)目還在成倍增加。甲基化和腫瘤第23頁組蛋白甲基化1.概念：指發(fā)生在H3和H4組蛋白N端精氨酸和賴氨酸殘基上甲基化，由組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)催化。2.分類：24個(gè)組蛋白甲基化位點(diǎn)，其中17個(gè)位于賴氨酸，7個(gè)位于精氨酸。甲基化和腫瘤第24頁組蛋白甲基化3.相關(guān)酶：

蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶精氨酸SET家族賴氨酸組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（HMTs）組蛋白去甲基化酶LSD1JmjC家族蛋白PADI4（賴氨酸特異性去甲基化酶1）（精氨酸肽基脫亞胺酶）甲基化和腫瘤第25頁組蛋白甲基化甲基化和腫瘤第26頁組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶特點(diǎn)A：組蛋白賴氨酸甲基化是可逆B：分兩個(gè)家族，即組蛋白賴氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶和組蛋白精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶C：組蛋白甲基化標(biāo)識(shí)對(duì)基因表示調(diào)控作用能夠完全相反，有時(shí)促進(jìn)基因表示，有時(shí)卻抑制基因表示，調(diào)控作用取決于甲基化位點(diǎn)和甲基化程度D：修飾復(fù)雜性，即某一特定殘疾能夠結(jié)合不一樣數(shù)目標(biāo)殘基，賴氨酸殘基能夠單、雙、三甲基化，精氨酸殘疾能夠單、雙甲基化，極大地增加了組蛋白甲基化修飾調(diào)控復(fù)雜性甲基化和腫瘤第27頁組蛋白甲基化功效組蛋白甲基化與異染色質(zhì)形成組蛋白甲基化與基因印記組蛋白甲基化與X染色體失活甲基化和腫瘤第28頁

組蛋白甲基化與異染色質(zhì)形成

SUV39H1和SUV39H2甲基轉(zhuǎn)移酶對(duì)異染色質(zhì)形成含有主要作用。將兩個(gè)基因突變后，H3K9甲基化會(huì)降低二分之一，這么出生小鼠有絲分裂中染色體分離有缺點(diǎn)。在裂殖酵母中H3K9位點(diǎn)甲基化能夠?qū)⒊Ｈ旧|(zhì)和異染色質(zhì)在特定區(qū)域分開。在形成異染色質(zhì)過程中，Su（var）3-9經(jīng)過與異染色質(zhì)蛋白1（HP1）相互作用來控制蛋白質(zhì)定位。甲基化和腫瘤第29頁

組蛋白甲基化與基因印記

基因印記是指一對(duì)等位基因中，一條來自父方，一條來自母方，其中任何一方基因表示處于抑制狀態(tài)，就被稱為基因印記。組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶在基因印記中發(fā)揮主要作用，缺乏組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶會(huì)造成基因印記丟失。最近，有兩項(xiàng)在大鼠7號(hào)染色體中研究都發(fā)覺組蛋白甲基化可能是除了DNA甲基化以外維持基因印記另一個(gè)主要路徑。甲基化和腫瘤第30頁

組蛋白甲基化與X染色體失活

雌性哺乳動(dòng)物劑量賠償是由X染色體失活和Xist非編碼RNA決定。在胚胎干細(xì)胞分化過程中，Xist表示和H3K27me3、H4K20me1、DAN甲基化相關(guān)。胚胎組織隨機(jī)X染色體失活是由DNA甲基化控制，而胚外組織對(duì)于已經(jīng)印記X染色體失活維持是依賴Eed功效和Xist表示，與DAN甲基化無關(guān)。由此可見，X染色體失活和基因印記可能由一樣機(jī)制引發(fā)，這些機(jī)制中就包含組蛋白甲基化。甲基化和腫瘤第31頁組蛋白甲基化與腫瘤組蛋白甲基化狀態(tài)與基因表示相關(guān)，所以腫瘤細(xì)胞也存在組蛋白甲基化異常，以下表。

甲基化和腫瘤第32頁組蛋白甲基化與腫瘤RIZ1（PRDM2）含有H3K9位甲基轉(zhuǎn)移酶活性，研究發(fā)覺在一些腫瘤，如乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌、神經(jīng)母細(xì)胞瘤中，該基因發(fā)生基因突變而失去活性，而其失活有引發(fā)G2-M期細(xì)胞周期延長，凋亡抑制，所以推測(cè)H3K9位組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶可能含有腫瘤抑制功效，它功效缺失可能參加癌癥發(fā)生過程。甲基化和腫瘤第33頁組蛋白甲基化與腫瘤Suv39h1/2剔除鼠基因不穩(wěn)定，染色體錯(cuò)誤分離，造成B細(xì)胞淋巴瘤。人Suv39h1/2與視網(wǎng)膜膠質(zhì)瘤蛋白R(shí)B共同調(diào)整周期蛋白E（cyclineE）基因表示，Suv39h1/2功效下調(diào)可能造成增殖失控而發(fā)生癌變，如霍奇金淋巴瘤。另外，H4R3位甲基化影響白血病細(xì)胞分化。MLL1甲基轉(zhuǎn)移酶突變與各種類型白血病相關(guān)。結(jié)腸癌和肝癌細(xì)胞中SMYD3甲基轉(zhuǎn)移酶過表示，前列腺癌、淋巴瘤、乳腺癌中EZH2甲基轉(zhuǎn)移酶高表示，這些研究說明組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶異?？赡軓膮⒓訉?shí)體腫瘤發(fā)生。甲基化和腫瘤第34頁腫瘤表觀遺傳學(xué)臨床意義一、CpG島高甲基化用于腫瘤診療近年來廣泛定位確定了越來越多癌癥中異常過甲基化基因CpG島，包含了多數(shù)人類癌癥形成。這些DNA甲基化圖使人們發(fā)覺定義不一樣癌癥發(fā)生甲基化CpG島獨(dú)特外形，從而可能制作一個(gè)全方面人類每種癌癥“甲基型”或“DNA甲基化署名”。比如，直結(jié)腸癌中p16INK4a、p14ARF、APC和MGMT存在過甲基化，而非經(jīng)典子宮內(nèi)膜增生中hMLH1異常甲基化。所以，異常CpG島甲基化存在可用于早期篩查，在家族癌癥發(fā)生高危人群中甲基化和腫瘤第35頁尤其有用，因?yàn)樗鼈冇泻蜕l(fā)病例相同CpG島過甲基化。二、CpG島高甲基化用于預(yù)測(cè)腫瘤療效MGMT蛋白（O-6-甲基鳥嘌呤DNA甲基轉(zhuǎn)移酶）在DNA鳥嘌呤額外烷基化中直接起作用。該堿基是DNA中幾個(gè)烷基化化療藥品首選靶點(diǎn)，如BCNU（卡氮芥）、丙卡巴肼、替莫唑胺。所以，因過甲基化而失去MGMT腫瘤可能對(duì)這些烷化劑更敏感，因?yàn)樵诎┘?xì)胞中，它們DNA損害不可能被修復(fù)，從而造成細(xì)