卵巢癌中的表观遗传修饰

辽宁大学学报

自然科学版

第33卷　第4期　2006年

JOURNAL O F L I AON I N G UN I V ERS ITY

N atural Sciences Edition

Vol.33　No.4　2006

卵巢癌中的表观遗传修饰

代　葳3

(中国医科大学生物化学系,辽宁沈阳110001)

摘　要:介绍了在卵巢癌的发展和治疗中表观遗传学的重要性,特别强调了在卵巢癌中内源性和获得性耐药性遗传途径中异常的DNA甲基化和组蛋白去乙酰化的重要性.通过表观遗传治疗反转肿瘤抑制基因沉寂和其他参与药物级联反应的基因沉寂为出现耐药性的卵巢癌患者带来了新的希望.

关键词:卵巢癌;表观遗传学;基因芯片;DNA甲基化;组蛋白乙酰化.

中图分类号:R730 文献标识码:A 文章编号:100025846(2006)0420353205

卵巢癌是女性常见的生殖器官肿瘤之一,据统计每年全世界死于卵巢癌的妇女多达114000人[1].由于卵巢癌早期无明显病症,大多数病例(>80%)在肿瘤超出卵巢后才得到确诊.虽然卵巢癌患者的五年存活率已经由1973年的37%上升到1997年的43%[2],该统计数据同妇女癌症存活率(61.5%)相比仍有很大差距(htt p:∥).晚期卵巢癌的标准治疗方法是肿瘤外科手术摘除后进行化疗,术后肿瘤的大小十分重要,大于2c m的肿瘤,病人存活时间只有12～16个月,而小于2c m的肿瘤,病人存活时间达到40～45个月[3].

自20世纪90年代早期,术后卵巢癌一线化疗的黄金标准是使用植物碱类/紫杉烷类(p lati2 mum/taxane)混合药物,该混合物每3周一个疗程,共使用6个疗程,有效率高达80%[4].紫杉烷类药物能够结合细胞内β微管蛋白,从而导致微管稳定,生长阻滞和细胞凋亡[5].植物碱类药物形成DNA双链内和双链间加合物[6],抑制转录和翻译,导致细胞凋亡.上述过程可能是由DNA 错配修复酶p53和细胞凋亡前蛋白Bax介导.近来一些新兴药物,如拓扑替康(t opotecan)、吉西他汀(ge mcitabine)、脂质体多柔比星(li pos omal dox orubicin)和表皮生长因子受体抑制剂Z D-1839在临床试验中显示出了很大的前景[5].研究表明使用新药和传统药物的混合疗法有显著疗效[7].

尽管标准的植物碱类/紫杉烷类治疗方案在40%～60%卵巢癌后期病人中发挥作用,但是由于出现了肿瘤耐药性,大多数病人在治疗18个月后复发[4].内源性和获得性耐药性的共有现象就是耐药肿瘤存在基因表达上的改变.卵巢癌中上调的基因包括Bcl-2,c-myc,Cycl ooxygenase-2,F ANCF,H-ras,Heparanse,HER2/neu,Hypoxia -inducible fact or1,K-ras,Kallikrein gene5,Kal2 likrein gene15,MUC1,MDR1和Synuclein ga mm.这些基因涉及细胞增殖、DNA修复、血管生成和细胞转移,其中有一些基因可能在耐药性产生过程中发挥作用.与卵巢肿瘤有关的下调基因包括APC,Apaf-1,ARH I,BRCA1,DAPK,DCC,Estr o2 gen recep t orβ,h MLH1,I CAM-1,MCJ,MUC2, LOT1,OPC ML,p21,p53,P ACE4,PTE N, RASSF1A.这些基因的下调可能是由基因缺失,编码序列突变或者表观遗传修饰改变引起的.

表观遗传学(ep igenetics)是近年来遗传学中兴起的一个前沿领域,由W addingt on CH在1942

3作者简介:代　葳(19792),女,沈阳人,硕士,从事表观遗传学和生物信息学研究.　收稿日期:2006205217

年首次提出,1987年Holiday R 针对表观遗传学

作出了更加系统性的论断,即没有DNA 序列变化的、可遗传的基因表达变化.其分子基础有两个方面:针对DNA 本身的修饰和对组蛋白的修饰.肿瘤中表观遗传修饰的改变常常导致许多重要的肿瘤抑制基因沉寂,而通过小分子抑制剂可以逆转表观遗传修饰的改变,所以人们认为可以利用表观遗传治疗的方法使肿瘤抑制基因再表达,从而

恢复耐药卵巢癌对传统化疗药物的敏感性[8]

.

1　DNA 甲基化

表观遗传修饰中最常见的就是通过DNA 甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT )催化,以S -腺苷甲硫氨酸(S AM )作为甲基供体,将

CpG 二核苷酸[9]

胞嘧啶5位碳原子甲基化.在人体内有此作用的DNA 甲基转移酶分为3种:DN 2

MT1,DNMT3a 和DNMT3b [10]

.基本上DNMT1参与维持DNA 甲基化状态,而DNMT3a 和3b 同DNA 从头甲基化有关,DNMT2因缺少有活性的功能域所以不具有DNA 甲基转移酶的作用.通过对DNA 甲基化模式的研究,人们发现肿瘤细胞中存在异常DNA 甲基化状态:整个基因组甲基化水平降低,导致遗传不稳定性增加;组织特异性基因的启动子区域出现从头甲基化;癌基因多为不充分甲基化,导致重新开放或者异常表达.目前,有大量研究表明肿瘤抑制基因的失活同CpG 过度甲基化有关,而肿瘤中出现的全基因组低甲基化和局部(CpG 岛)过甲基化可能是由于

DNMT 活性失调所致[11]

.在卵巢癌中CpG 岛甲基化同许多基因沉寂有关,如BRCA1,RASSF1A ,LOT1和h MLH1,这些基因的沉寂在肿瘤的始动

以及发展过程中起重要作用

[12]

.

2　组蛋白去乙酰化

组蛋白的表观遗传修饰非常复杂,包括乙酰化、甲基化、磷酸化、核糖基化和泛素化等,其中研究最多的是组蛋白去乙酰化.通过组蛋白乙酰转移酶(hist one acetyltransferase,HAT )乙酰基团被加到组蛋白赖氨酸上,并可以通过组蛋白去乙酰化酶(hist one deacetylase,HDAC )去除.正常情况下转录基因的组蛋白核心(H2A,H2B ,H3,和

H4)氮端赖氨酸的ε氨基被乙酰化[13]

,碱性组蛋白的正电荷被消除,DNA 本身所带的负电荷有利于构象展开,核小体结构变得松弛,使转录因子和聚合酶可以接近编码DNA 序列(图1,允许状态).组蛋白去乙酰化时,带正电的赖氨酸残基与DNA 分子电性相反,增加了DNA 和组蛋白之间

的吸引力,启动子难以接近转录控制元件,从而处于转录抑制状态(图1,抑制状态).因此高度乙酰化的组蛋白同转录活性序列有关,而去乙酰化的组蛋白同基因沉寂密切相关.

因为组蛋白去乙酰化和DNA 甲基化都同基因沉寂有关,有人提出这两个过程可能存在交互

作用(cr osstalk )[14]

.研究表明甲基胞嘧啶结合蛋白(Methylcyt osine -binding p r otein,MBD ),能够结合甲基化序列,HDAC 和其他组蛋白甲基化酶.组蛋白甲基化是另一种转录沉寂机制,特别是组蛋白H3的第9位赖氨酸高度甲基化同基因沉寂高度相关,这种特殊的组蛋白甲基化过程也可以被DNA 甲基化抑制剂反转.研究表明DNMT 能够直接同HDAC 结合,进而连接DNA 甲基化和组蛋

白去乙酰化过程[15]

.

图1　组蛋白乙酰化与去乙酰化引起DNA 结构发生改变导致转录状态改变

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