Put the Blame on Methylation The Scientist Volume 17 | Issue 12 | 27 | Jun. 16, 2003 | ||||
|
This gene-silencing mechanism, not necessarily mutation, is often found culpable in creating cancerous cells References
1. D.G. Burbee et al., "Epigenetic inactivation of RASSF1A in lung and breast cancer and malignant phenotype suppression," J Natl Cancer Inst, 93:691-9, May 2, 2001. (Cited in 105 papers) 2. M. Esteller et al., "A gene hypermethylation profile of human cancer," Cancer Res, 61:3225-9, April 15, 2001. (Cited in 164 papers) 3. R. Dammann et al., "Epigenetic inactivation of an RAS association domain family protein from the lung tumour suppressor locus 3p21.3," Nat Gen, 25:315-9, 2000. 4. Y. Tomizawa et al., "Inhibition of lung cancer cell growth and induction of apoptosis after reexpression of 3p21.3 candidate tumor suppressor gene SEMA3B," Proc Nat Acad Sci, 98:13954-9, 2001. 5. Y. Tomizawa et al., "Clinicopathological significance of epigenetic inactivation of RASSF1A at 3p21.3 in stage I lung adenocarcinoma." Clin Cancer Res, 8:2362-8, 2002. 6. M.W. Chan et al., "Hypermethylation of multiple genes in tumor tissues and voided urine in urinary bladder cancer patients," Clin Cancer Res, 8:464-70, 2002. 7. C. Evron et al., "Detection of breast cancer cells in ductal lavage fluid by methylation-specific PCR," Lancet, 357:1335-6, 2001. 8. G. Zardo et al., "Integrated genomic and epigenomic analyses pinpoint biallelic gene inactivation in tumors," Nat Genet, 32:453-8, 2002. 9. A. Eden et al., "Chromosomal instability and tumors promoted by DNA hypomethylation," Science, 300:455, April 18, 2003. 10. F. Gaudet et al., "Induction of tumors in mice by genomic hypomethylation," Science, 300:489-92, April 18, 2003. |
Когда хорошие гены поступают плохо и возникает рак, то обычно вину сваливают на мутации. Эпигенетические модификации, такие как метилирование ДНК, также м. выключать гены супрессоров опухолей, вызывая изменения в хромосомной структуре, окружающей ген.1,2
John Minna, директор Hamon Center for Therapeutic Oncology Research из University of Texas Southwestern Medical Center, Dallas, показал, что ген RASSF1A теряет способность метилироваться, а не содержит мутации, во многих выборках опухолей.1 Первый сигнал подобного изменения, который кажется не связанным с метилированием, исходит из области хромосомы, известной как 3p21.3, которая часто теряется в различных опухолях, включая опухоли легких, груди, почек головы и шеи. Делеция 3p21.3 "was probably the earliest [change] we could detect in preneoplastic tissues, in hyperplasia and dysplasia," говорит Minna. Manel Esteller и его группа из Spanish National Cancer Center высказывает более глобальную точку зрения, проследив метилирование 12 ассоциированных с опухолями генов на большой выборке и продемонстрировав, что опухоли м.б. классифицированы в соответствии с паттерном метилирования.2 Это м.б. основой для диагностического скрининга, говорит Esteller.
Обе работы "really made it hard to ignore that [methylation] is affecting important genes and the cancer phenotype," говорит James G. Herman, ассоц. проф. онкологии из Sidney Kimmel Comprehensive Cancer Center в Johns Hopkins и соавтор Esteller. Часто наследуемые химические модификации, метилирование ДНК - это добавление гидрофобной метильной группы к цитозину в CG последовательности. У позвоночных метилирование обычно вызывает молчание генов.
Gerd Pfeifer с коллегами из City of Hope National Medical Center, Duarte, Calif., продемонстрировали вызывающее опухоль событие в 3p21.3. Это позволило им связать отсутствие экспрессии RASSF1A с метилированием его промоторной области.3 Pfeifer, анализируя опухоли легких и нормальную ткань, обнаружил, что в раковых клетках экспрессия часто отсутствует.
PASSING THE TEST Minna's группа идентифицировала 25 генов в области и систематически проанализировала их на мутации примерно в 70 выборках опухолей. Только немногие были обусловлены мутациями, включая и RASSF1, но гены часто теряли экспрессию, и когда мутации отсутствовали. Так группа Minna's обнаружила метилирование ДНК-промотора или др. изменения, которые м.б. объяснены функциональными потерями. Они вносили также нормальные копии генов в опухоли и смотрели, не будут ли они действовать как супрессоры опухолей, восстанавливая клетки; % из генов прошли этот тест.4 "It looks like many of them are inactivated not by mutation but by promoter methylation," говорит Minna. RASSF1 имеет два превалирующих транскрипционных продукта, возникающие в результате альтернативного сплайсинга и использования промоторов RASSF1A и RASSF1C, но только первый является опухолевым супрессором. Minna кроме того установил, что RASSF1A-специфический промотор гиперметилирован при раке легких и груди, но не в нормальной ткани. В выборках опухолей gene's мРНК отсутствовала в 100% non-small-cell легочных карцином, в 100% мелко-клеточных легочных карцином и в 60% линий рака груди.
Группа Minna's предприняла попытку охарактеризовать экспрессию RASSF1 более чем в 1,000 выборок опухолей. "I would say that after p53, it's the most frequently inactivated tumor suppressor gene," отмечает Minna. Некоторые уже связывают статус RASSF1A с прогнозом. "Several studies have now shown that the presence of RASSF1A methylation confers worse prognosis on non-small-cell lung cancer patients," заявил он.5
UNIQUE PROFILES RASSF1A не единственный метилированный ген, связанный с раком. Др. работы, связанные с раком мочевого пузыря, выявили метилирование генов, таких как CDH1, CDKN2A и DAPK1, выделенных из мочи.6 Также, специфичная к метилированию PCR м. выявлять клетки рака груди в жидкости, омывающей протоки.7 Esteller с сотр. приблизились к проблеме с др. угла. Они избрали 12 генов из основных путей клеток, включая клеточный цикл, репарацию ДНК, слипчивость клеток и пути апоптоза. Каждый ген имеет области, богатые C-G, которые являются мишенями methyltransferase. Эти CpG островки ассоциированы с генетическими болезнями, которые вызывают предрасположенность к раку.
Ими скринировано 600 выборок опухолей из более чем 15 типов опухолей чтобы идентифицировать гены, которые гиперметилированы. Это показало, что каждый мажорный тип опухоли имеет, по крайней мере, один гиперметилированный ген, но каждый имеет уникальный профиль метилирования, что позволяет отличать эти типы опухолей.
Esteller полагает, что успех работы связан с "panoramic view of what's going on in the CpG islands of important genes involved in cancer. If you're interested in a particular tumor, you can look here and see that these genes are methylated," говорит он.
Joe Costello, ассистент-проф. нейрологической хирургии из University of California, San Francisco, изучал опухоли головного мозга в отношении мутаций и метилирования генов, супрессирующих опухоли и нашел, что два механизма часто вовсе не связаны.8 Эти механизмы иногда затрагивают одни и те же гены; возможно, что одна копия будет делетирована, а др. метилирована. Но что происходит более часто, это то, что метилирование затрагивает др. наборы генов. Costello отмечает, что картина классической генетики м. уже стать частью истории. "Possibly there is a whole other set of genes that are primarily affected by methylation, and only through these integrated approaches can we get closer to knowing the total number and identity of cancer genes."
Невозможно сказать, являются ли мутации или метилирование душой (lynchpin), объясняет Costello. "Methylation is definitely much more prevalent in some cancers, but that's part of the problem; sorting out what's important is difficult."
Pfeifer полагает, что метилирование будет исключено из главных игроков. "[It] is now being recognized as probably more important, or at least more common, than mutation of genes in cancer. The methylation phenomenon is being studied by a lot of people, whereas five or 10 years ago nobody even thought about it."
Esteller говорит, что предвидит метилирование в качестве мощного диагностического инструмента. Оно м.б. измерено с помощью PCR техники, это открывает возможность того, что даже небольших количеств клеток, сбежавшие в кровоток, будет достаточно для раннего выявления опухоли. Такой тест м. даже выявлять тип опухоли. Сейчас все еще неизвестно, как много развивающихся опухолей проявляются метилированием и др. эпигенетическими (немутационными) изменениями.
Лекарства, такие как ингибитор метилирования Azacitidine (продуцируемый Pharmion of Boulder, Colo., для лечения preleukemia conditions, известных как myelodysplastic синдромы), по-видимому, будет находить гиперметилированные клетки среди нормальных клеток, хотя причина неясна. "Very excited about the possibility of [demethylation and other nonmutational changes] as an approach to cancer therapy," говорит Peter Jones, директор, University of Southern California/Norris Comprehensive Cancer Center в Los Angeles.
Исследователи работают над получением лекарств, которые будут находить метилированные гены, два последних исследования привлекли мировое внимание.9,10 Очевидно, что агрессивные Т-клеточные лимфомы развиваются у 80% мышей, измененных, чтобы продуцировать низкие уровни methyltransferase. Исследования подтвердили, что метилирование играет ключевую роль при раке, но они также показали, что перерезаются оба пути, т.к. метилирование является также главным в поддержании здоровья клетки. Jim Kling (jkling@nasw.org) is a freelance writer in Washington, DC. | |||
METHYLS, METHYLS EVERYWHERE: A CpG-island hypermethylation profile of tumor suppressor genes in human cancer…