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「干货集市」肿瘤抑制基因DNA甲基化与肝癌

2017-12-20 00:01:31欧易生物


文字 |小郑
 


 

01

 

DNA 甲基化( DNA methylation )是最早发现的基因表观修饰方式之一。真核生物中的甲基化仅发生于CpG位点(胞嘧啶 - 磷酸 - 鸟嘌呤位点),即在DNA 甲基化转移酶(DNA methyltransferases,DN-MTs )的作用下使CpG二核苷酸 5 ’端的胞嘧啶转变为 5 ’ - 甲基胞嘧啶。有甲基化活性的 DNMTs 分为DNMT1 、 DNMT3A 、 DNMT3B。

 

CpG位点有两种存在形式:一种是分散于 DNA 序列中;另一种呈现高度聚集状态,称之为CpG岛(CpG islands ,CGIs)。后者通常位于基因的启动子区域。 5 ’端非翻译区和第一个外显子区,CpG序列密度非常高,超过均值 5 倍以上,成为鸟嘌呤和胞嘧啶的富集区。在健康人的基因组中,70%~90%散在的CpG是被甲基修饰的,而CpG岛则是非甲基化的。

 

由于CpG岛位于转录调控区附近,与56%人类基因组编码基因相关,因此基因转录区CpG岛的甲基化状态的研究就显得十分重要。DNA 甲基化通常抑制基因表达,去甲基化则诱导基因的重新活化和表达。

 

DNA 甲基化如同开关,调控着许多肿瘤相关基因的表达,在肿瘤的发生发展中起着至关重要的作用由于CpG岛的局部高度甲基化要早于细胞恶性增生,故其甲基化的检测可用于肿瘤的预测,而全基因组水平的低水平甲基化状态,则随着肿瘤恶性程度的增加而进一步降低,使其可用于肿瘤的诊断以及分级。

 

所以 DNA 甲基化可以作为肿瘤等早期诊断的生物标志物和预后评估指标,对肿瘤的筛查和风险评估、早期诊断、分期分型、预后判断及治疗监测都具有重要的意义。


 

02

 

 

肝细胞癌(hepatocellular Carcinoma,HCC)是一种以慢性肝损伤为背景的恶性程度最高的肿瘤之一,各种肝癌相关基因可以通过遗传和表观遗传机制而发生改变,直接影响着肝癌的发生和进展,表观遗传学的变化可能是肝癌发生发展的重要机制之一。

 

肿瘤抑制基因(tumor suppressing genes,TSGs)DNA甲基化是肝癌的常发事件,正常时TSGs具有抑制细胞增殖,促进细胞分化,抑制细胞迁移,防止肿瘤发生的作用。TSGs的丢失或失活可能导致肿瘤发生。

 

研究 TSGs DNA甲基化状态与肝癌的发生发展转移关系,有利于为临床肝癌的早期诊断、预后及治疗提供可靠依据。TSGs DNA甲基化修饰TSGs进而影响肝癌的发生发展是目前表观遗传学研究最集中的领域。TSGs主要包括信号通路的调节因子、转录调节因子、负调控转录因子、细胞周期调控因子、DNA损伤修复因子等。上述相关因子启动子高/低甲基化是TSGs 失活/激活的重要机制之一,和肝癌的发生发展密切相关。


 

03

 

 

RAS 结构相关家族基因甲基化
 


RAS 结构相关家族基因(Ras-association domainfamily,RASSF)能够与Ras蛋白结合,参与细胞增殖、分化、转移及凋亡等多种生物学过程。

 

RASSF10 是新近发现的 RASSF 家族成员。

-     过表达 RASSF10 可以抑制肝癌细胞生长和克隆形成,通过上调促凋亡蛋白Bax和 Bad 表达诱导肿瘤细胞凋亡。

-     过表达 RASSF10 可以抑制裸鼠肿瘤生长,通过抑制上皮间质转化而抑制细胞迁移和侵袭。

-     敲除RASSF10 可以促进细胞生长。抑制 RASSF10 表达导致 HepG2 和 QGY7703 细胞增殖抑制,诱导肿瘤细胞凋亡和 G2 /M 期阻滞,通过激活 p53 抑制肝癌生长。

 

无论是肝癌细胞还是肝癌组织 RASSF10 mRNA和蛋白表达明显下调,低水平的 RASSF10 与肝硬化、肿瘤分化程度、癌栓和巴塞罗那临床肝癌分期相关,增加肿瘤复发率和降低患者生存率。低 RASSF10表达与其启动子甲基化有关,多环芳香烃和黄曲霉毒素 B1 暴露可以促进其启动子的甲基化。


 

04

 

 

Wnt/β-catenin 信号通路基因甲基化


Wnt/β-catenin信号通路,在调节多种细胞过程中具有至关重要的作用,是肿瘤关键通路之一。

 

DKK-1 和 DKK-3 (Dickkopf-related protein 1,3)是Wnt通路抑制因子,与非癌组织相比,HCC DKK-1和 DKK-3 甲基化检出率高,DKK-1 和 DKK-3 mRNA水平最低。癌组织 β-catenin mRNA 水平明显高于其它组织。与对照组相比,DKK-1 和 DKK-3 沉默的细胞 β-catenin 表达水平增加。5- 氮 -2 ’ - 脱氧胞苷干扰后,DKK-1和DKK-3 mRNA水平显著增加,β-catenin mRNA水平降低。提示在HCC进展过程中Wnt/β-catenin 信号活性异常可能与DKK-1、DKK-3甲基化有关。


 

05

 

 

转录抑制因子甲基化


肿瘤抑制基因BCL6B(B-cell CLL/lymphoma 6 member B protein)是细胞白介素6蛋白的同族体,为转录抑制因子。在9株肝癌细胞里,6株肝癌细胞BCL6B表达缺失,BCL6B在肝癌细胞异位表达可以抑制集落形成、细胞存活率降低,抑制裸鼠体内的致瘤性。BCL6B 可以诱导细胞凋亡,抑制细胞迁移和浸润,并显著降低原位肝癌模型小鼠肺转移的发生率和严重程度。在进展期HCC BCL6B表达下调与其启动子甲基化有关。

 

HEYL(hairy/enhancer-of-split related with YRPW motif-like protein)是Notch和TGF-β途径的下游基因,可能是肝癌形成的肿瘤抑制子,可上调p53基因的表达,激活p53介导的细胞凋亡。在肝癌由于启动子甲基化,HEYL表达下调,与肝癌的发生发展关系密切。


 

06

 

 

DNA 损伤修复因子甲基化


谷胱甘肽S-转酶P1(glutathione S-transferaseP1,GSTP1)基因是一重要的DNA损伤修复基因,表观遗传沉默GSTP1基因启动子甲基化可增加肝细胞癌风险,缩短患者的生存期

 

GSTP1基因启动子甲基化频率异常与 HCC 的发展有关,肝癌患者GSTP1甲基化和不良预后之间存在相关性。X线修复交叉互补基因1( X-ragrepair cross-complement-ing1,XRCC1 )是DNA 损伤修复基因,检测手术切除的肝癌组织及正常肝组织的 XRCC1 基因甲基化情况,并随访 3 年以上。

 

结果肝癌组的XRCC1启动子甲基化率远高于对照组,肝癌组发生 XRCC1 启动子甲基化的危险是对照组的13倍;XRCC1启动子甲基化的个体发生肝癌的危险是非甲基化的10.36倍;XRCC1启动子甲基化可致肝癌患者无进展期生存率和总体生存率降低。提示XRCC1启动子甲基化在肝癌发生和发展的过程中起着重要作用,并对肝癌患者较差的预后具有预示作用。

 

肝癌的进展过程中涉及了多种TSGs的异常甲基化,这些基因甲基化异常可能在肝癌发生发展过程中起着重要作用。在肿瘤的形成过程中,一方面基因启动子区已成甲基化,使得重要TSGs沉默或原癌基因激活,另一方面整体基因组的甲基化水平降低,也会形成基因突变、转座子异常和基因组的不稳定,进而促进了肿瘤的形成和发展。研究肝癌TSGs DNA 甲基化对 HCC 早期诊断、分期、预后、个体化治疗具有重要意义。


 

07

 

甲基化检测技术研发和临床应用进展速度发展很快,如何将特异性的DNA甲基化标志物用于HCC早期诊断、分期、预后和治疗的临床检验试剂盒的研发工作十分紧迫。


 

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