Рис. 24.2. Как метилирование ДНК может участвовать в инактивации генов-супрессоров опухоли
Две активные аллели гена-супрессора опухоли показаны как два синих прямоугольника в верхней части рисунка Первый шаг инактивации гена показан как локализованная мутация (слева) или генный сайленсинг за счет метилирования ДНК (справа). Следующий «удар» показан или как потеря гетерозиготности (LOH), или как транскрипционный сайленсинг в результате дополнительных эпигенетических событий. В этом случае метилирование ДНК может играть роль одного из путей, что согласуется с гипотезой Кнудсона
3. Роль метилирования ДНК при раковых заболеваниях
Первое открытие того, что ДНК кроме четырех оснований, содержит 5-метилцитозин, непосредственно включенный в ДНК, вскоре привело к предположению, что изменения в метилировании ДНК могут играть роль в онкогенезе (табл. 24.2). За последние 40 лет было проведено много исследований, которые показывали различия в паттернах распределения 5-метилцитозина ДНК человека между раковыми и нормальными клетками. Среди них есть как минимум три основных способа, с помощью которых метилирование CpG может участвовать в онкогенном фенотипе. Они включают в себя гипометилирование ракового генома, локальное гиперметилирование промоторов генов-супрессоров опухоли и прямой мутагенез (рис. 24.1) (Jones and Laird, 1999; Jones and Baylin, 2002; Herman and Baylin, 2003). Хотя каждое из этих отклонений само по себе могло бы способствовать возникновению раковых заболеваний у человека, может быть, особенно важно то, что они все имеют место одновременно, показывая, таким образом, что нарушения гомеостаза эпигенетических механизмов — это главные причины, вызывающие рак у людей.
Наиболее известное и раньше других установленное изменение в паттернах метилирования ДНК у раковых клеток — это общее уменьшение данной модификации, приводящее к нестабильности генома (дополнительное обсуждение см. в главе 18). Хорошо известно, что это является ключевым признаком рака у человека (Fein-berg and Vogelstein, 1983; Feinberg et al., 1988; Jones and Laird, 1999; Jones and Baylin, 2002; Herman and Baylin, 2003). В более поздний период времени возрастающий объем данных показал, что аномальное метилирование островков CpG в 5’-районах генов, относящихся к раковым заболеваниям, является составной частью их транскрипционного сайленсинга, обеспечивая альтернативный механизм мутаций для инактивации генов с функциями подавления опухоли (Jones and Laird, 1999; Jones and Baylin, 2002; Herman and Baylin, 2003). Наконец, в дополнении к вышеописанной роли метилирования цитозина в дестабилизации генома и генном сайленсинге, 5-метилцитозин сам по себе является высоко нестабильным и, поэтому, мутабельным основанием. Это напрямую может вносить свой вклад в развитие раковых заболеваний, вызывая мутации типа транзиций, при которых meCpG превращается в TpG (Rideout et al., 1990). Тот факт, что эти модификации столь распространены при раковых заболеваниях, и, как сейчас известно, приводят напрямую к канцерогенезу, также создает новые возможности терапевтической реверсии, направленной на эпигенетические изменения (Egger et al., 2004).
Рис. 24.3. Структурные изменения хроматина в раковых клетках
Эти две микрофотографии сделаны у пациента со сквамозноклеточной карциномой кожи. На левой части показаны нормальные эпидермальные клетки, расположенные в одном миллиметре от прилегающей опухоли и показанные при том же увеличении на правой части рисунка Хроматин, окрашенный пурпурным цветом, благодаря его сродству к гематоксилину, оказывается гораздо более грубым и гранулярным в раковых клетках, чем в нормальном эпидермисе. Такие различия в окраске хроматина используются патологами в качестве диа гностических критериев раковых заболеваний