Онкогеномика. Мастер-класс проф. Д.В. Залетаева

Функциональные маркеры канцерогенеза

Метилирование ДНК в злокачественных опухолях

В качестве причин возникновения практически всех онкологических заболеваний все большая роль отводится эпигенетической регуляции активности генов, основанной на аномальном метилировании/ деметилировании (Esteller M. et al., 2001).

Во всех опухолевых клетках существует дисбаланс метилирования – аномальное метилирование/деметилирование. С одной стороны, он заключается в общем гипометилировании генома опухолевой клетки, с другой – в локальном гиперметилировании промоторов ряда генов, вовлеченных в регуляцию клеточного цикла, процессы дифференцировки и апоптоза.

Функциональный анализ определенных генов в злокачественной опухоли показывает отсутствие экспрессии одних и гиперэкспрессию других, однако механизмы, приводящие к этому, были неясны.

Одним из первых изменений, обнаруженных в опухолевых клетках, было гипометилирование единичных CpG- динуклеотидов. Для опухолей молочной железы, яичников, шейки матки и мозга была показана корреляция между снижением общего уровня метилирования генома и увеличением степени злокачественности опухоли. Таким образом, гипометилирование может служить одним из маркеров, имеющим прогностическое значение.

Тотальное гипометилирование генома опухолевой клетки может вызывать несколько эффектов, которые имеют существенный вклад в процессы злокачественной трансформации:

• может привести к гиперэкспрессии клеточных онкогенов, в частности CMYC и HRAS и многочисленных факторов роста. Кроме того, увеличивается транскрипционная активность большой группы генов семейств MAGE, GAGE, LAGE, SAGE, которые обычно экспрессируются на ранних этапах эмбрионального развития;
• вызывает транскрипционную активацию мобильных генетических элементов, называемых ретротранспозонами. Несметное количество мобильных элементов генома может интегрироваться в гены, регулирующие клеточный цикл, и вызывать их инактивацию, что показано для генов APC, BRCA1, BRCA2, MLH и др.;
• может вызывать хромосомную нестабильность, которая приводит к изменению дозы определенных генов, т.е. к потере генов-супрессоров и гиперамплификации онкогенов, и/или к появлению химерных генов с новыми онкогенными функциями. Изменение общего профиля метилирования играет роль в создании мутантного фенотипа опухолевой клетки.

Что касается механизма глобального деметилирования, в настоящее время он остается неизученным.

В промоторных районах участвующих в регуляции клеточного цикла генов сочетано с гипометилированием генома происходит аномальное метилирование CpG-островков, что приводит к их полной инактивации. К ним также относятся гены, участвующие в апоптозе, ангиогенезе, дифференцировке, репарации ДНК, метастазировании, передаче сигнала, детоксикации, лекарственной резистентности и др. Таким образом, при отсутствии каких-либо структурных изменений нуклеотидной последовательности гена он полностью теряет свою активность.

При резистентном к гормональной терапии раке предстательной железы метилированию подвергается промоторная область и первый экзон андрогенового рецептора, что инактивирует его.

Гиперметилирование промоторной области рецептора эстрогена обнаруживается в 40-70% колоректальных раков, в 20-30% РМЖ, в 60-70% острых лейкозов. Ген N33 подвергается метилированию в этих же типах опухолей почти в 90% случаев.

Метилирование промоторного района CDKN2A/Р16 обнаружено во многих типах опухолей. В гепатокарциномах и аденокарциномах поджелудочной железы инактивация гена таким способом происходит почти в 70% случаев, при РЛ – в 20-60%, опухолях толстого кишечника – в 25-30%, лимфом – в 5-25%.

Тканевой ингибитор металлопротеиназы-3 (TIMP-3) может подавлять рост опухоли, ангиогенез, инвазию и метастазирование. Показано, что аномальное метилирование промотора гена происходит в различных опухолях: при НМРЛ в 19-26%, РМЖ – в 27%, РТК – в 27%, раке почки – в 78% и глиобластомах – в 26% случаев.

Мутации гена кадгерина Е (СDH1), являющегося супрессором инфильтрации и метастазирования при раке щитовидной железы, практически не обнаруживаются. При этом в результате аномального метилирования промоторной области обнаруживается функциональная инактивация гена, и она наиболее характерна для папиллярного рака.

Аномальное метилирование CDH1 отмечается в 15-80% рака гортани, молочной железы, предстательной железы, матки, желудка, печени, мочевого пузыря, инактивация гена сопровождает ОМЛ и ОЛЛ.