郭明洲干细胞治疗会议北京2012表观遗传学在肿瘤研究中的应用ppt

m5CpG
寄生的DNA 元件或反转录转座子 重复的DNA
染色质重塑和转录抑制
组蛋白修饰 Histone Modification
H3K9, H3K27和H4K20 的甲基化导致 转录抑制。
H3K4, H3K36和H3K79的甲基化导致 转录激活。
表观遗传学与肿瘤
•目前在肿瘤中研究最多的是抑癌基因启动子区域的过 度甲基化，而这种高甲基化并不存在于正常组织或细胞。
GAPDH
CDX2 MSP colonic cancer cell lines
IVD H2O NL RKO CaCO2 DLD1HCT116HT29LOVO U M U M U M U M U M U M U M U MU M
KYSE140 KYSE410 KYSE450 KYSE520 COLO680N TE1 TE3 TE10
EF35
41N
41T
EF37
42N
42T
EF42
43N
43T
44N
44T
Methylation in esophageal adenocarcinoma
Methylation results for esophageal adenocarcinoma.
Each patient had an esophageal malignancy
HDAC C
R
MBD
HDAC
C R
MBD
1
2
3
CA HAT TF
DNMTs
HDAC
CR: co-repressor
DNA甲基化的作 用
60％人类基因的5’端含CpG岛，甲基化与细胞分化、 基因失活（如X染色体失活）、组织特异性表达等正常生 理功能有关
基因印迹（imprinting）
保护基因组及其结构的完整性
ECJH1
1N
1T
ECJH2
2N
2T
ECJH3
3N
3T
ECJH4
4N
4T
ECJH5
5N
5T
ECJH6
6N
6T
ECJH7
7N
7T
ECJH8
8N
8T
ECJH9
9N
9T
ECJH10
10N
10T
ECJH11
11N
11T
ECJH12
12N
12T
ECJH13
13N
13T
ECJH14
14N
14T
ECJH15
15N
Methylation specific PCR for GATA-4, 5 and -6 in selected esophageal squamous cancer cell lines
CDX2启动子区域Bisulfite Sequence结 果表明MSP能够反映其甲基化状态
YES2
KYSE150
——C.H. Waddington (1939)
随后逐渐修正为可遗传的不依赖于DNA序列改 变的基因表达的变化。
1983年AP Feinberg和Bert Vogelstein首次对人类 肿瘤进行表观遗传学研究，并发现在全基因组范围呈低甲 基化状态。但由于技术方法的限制，表观遗传学及其在肿 瘤中的应用研究进展缓慢。
NE17
MSP
-141
+27
TSS
5
60%
50%
40% NE（(1177）)
ED1（(3399)）
30%
ED2（(1122)）
ED3-CIS（(99)）
Squamous Cancer (6492) 20%
10%
0% P16 MGMT MLH1 APC BRCA1 RARB CDH1 DAP-K
Total Methylation
•甲基化可作为肿瘤癌变的生物学标志。 •在肿瘤中发现异常甲基化的基因数量正在快速的增加。
•这些表观遗传学改变发生在绝大多数人类肿瘤和所有 的信号通路。
CDX2 RT-PCR on colonic cancer cell lines
MSP1 Water
AZA
RKO CaCO2 DLD1 HCT116 HT29 LOVO SW480 - +- +- + - + - + - + - +
15T
ECJH16
16N
16T
ECJH17
17N
17T
ECJH18
18N
18T
ECJH19
19N
19T
ECJH20
20N
20T
ECJH21
21N
21T
ECJH22
22N
22T
ECJH23
23N
23T
ECJH24
24N
24T
ECJH25
25N
25T
ECJH26
26N
26T
ECJH27
27N
27T
ECJH28
Dysplasia
Cell Cancer
0.00%
Normal
Low Mediate High
Esophageal
Grade
Epithelia
Dysplasia
Esopgageal Squamous Cell Cancer
单基因HIN-1在食管癌癌变中呈现渐进性甲基化改变
Methylation (%)
KYSE70-AZ pos
DLD1 pos
KYSE140 neg
KYSE410-AZ pos
HCT116 pos
KYSE150 neg
KYSE510-AZ pos
HT29 pos
KYSE180 pos
KYSE520-AZ pos
LOVO pos
KYSE410 neg
SW480 pos
KYSE450 neg
TABLE 2. MSP results for normal esophagus and colon, esophageal squmaous carcinoma and adenocarcinoma, and colorectal adenocarcinoma
Normal
ESOPHAGUS
Squamous Carcinoma
•以上结果提示表观遗传学具有肿瘤特异性改变。 因此，表观遗传学改变在肿瘤诊断和鉴别诊断 的研究具有广泛的应用前景。
在肿瘤发生过程中某些抑癌基因的表达直接受甲基化调控
TABLE1. CDX2 Expression and MSP results for esophageal squamous carcinoma and
CDX2 RT-PCR screening on esophageal squamous cancer cell lines
GAPDH CDX2 MSP Esophageal squamous cancer cell lines U M UMU MU MU MUM UM UMU M
KYSE2 KYSE140
DNA甲基化:去甲基化药物, 胞嘧啶的化学类似物
胞嘧啶
5-甲基胞嘧啶
5-azacytidine
Vidaza
5-aza-2’-deoxycytidine
地西他滨(达珂)
表观遗传学
表观遗传学是一门研究基因表达的学科，它
是指基因表达的改变不依赖于基因序列的改变，
而是依赖于DNA甲基化和组蛋白的化学修饰。
疑。。。
Waddington于1939年提出表观遗传学的概念， 并定义为基因及其产物间的相互作用产生了个体的 表型。
“the causal interactions between Genes and their products, which bring the phenotype into being”
28N
28T
ECJH29
29N
29T
ECJH30
30N
30T
ECJH31
31N
31T
ECJH32
32N
32T
ECJH33
33N
33T
ECJH34
34N
34T
ECJH35
35N
35T
ECJH36
36N
36T
ECJH37
37N
37T
ECJH38
38N
38T
ECJH39
39N
39T
ECJH40
40N
40T
1996年James G Herman 和Stephen B Baylin 发 明 甲基化特异性PCR(methylation specific PCR,MSP） 技术，并发现肿瘤细胞中抑癌基因启动子区CpG呈高甲 基化状态。这一发现促进了表观遗传学及其在肿瘤应用研 究的快速发展。
MSP具有快速、简便、安全（不需同位素）、准确等 特点，其敏感性较高，可以检测1/1000甲基化等位基因。
MWM WATER EF1 ECJH2 ECJH3 ECJH4
CDX2 MSP primary esophageal squamous cancer U MU M U M U M U M U M U M U M U M
CDX2 MSP primary esophageal adenocarcinoma UMUMUM UM UMUMUM U MU M
Adenocarcinoma
Normal
COLON
Adenocarcinoma
EF1 EF2 EF3 EF4 EF5 EF6 EF7 EF8 EF9 EF10 EF11 EF12 EF13 EF14 EF15 EF16 EF17
EF1 EF2 EF3 EF4 EF5 EF6 EF7 EF8 EF9 EF10 EF11 EF12 EF13 EF14 EF15 EF16 EF17 EF18 EF19 EF20 EF21 EF22 EF23 EF24 EF25 EF26 EF27 EF28 EF29 EF30 EF31 EF32 EF33 EF34 EF36 EF38 EF39 EF40 EF41 EF43 EF44 EF45 EF46 EF47 EF48
Multigene Methylation
100.00%
100.00%
80.00%
80.00%
60.00%
60.00%
40.00%
40.00%
20.00%
20.00%
0.00% Normal Low
Esophageal Epithelia
Mediate High Esopgageal
Grade
Squamous
Colonic cancer cell lines
Cell Line RT-PCR MSP AZ treated RT-PCR Cell Line RT-PCR MSP
KYSE2 pos
KYSE2-AZ pos
RKO pos
KYSE30 pos
KYSE30-AZ pos
CaCO2 pos
KYSE70 neg
DNA甲基化
亚硫酸氢钠可使非甲基化的胞嘧啶转变为尿嘧啶，而不能改 变甲基化的胞嘧啶
NH2 H
N
O
N
H
Cytosine
DNA 甲基化
DNA甲基转移酶
SAM
SAH
NH2 N
CH3
O
N
Hwenku.baidu.com
5-MethylCytosine
•甲基化表观遗传学的现象之一，并且是表观遗传学的重要研究内容。本身 是一种正常的基因修饰过程，DNA甲基化时，甲基团只能添加到CpG二核 苷酸中胞嘧啶核苷酸上第五个位置 •甲基化反应由DNA甲基转移酶（DNMT）催化
IVD NL NE1
S1T S2N NE4
CDX2 MSP Primary colonic cancer UM UM UMU MU MU M UM UM U M
CDX2 MSP Normal esophageal epithelium UM U M U M U M U M U M U M U M U M
60 50 40 30 20 10 0
Normal EDI esophagus
Methylation (%) EDII EDIII SQ-Ca AD-Ca
ED1 31%, ED2 33%, ED3 44%, SQ 50%, AD 53%
accompanied by a paired, adjacent
histologically non-malignant esophageal
specimen
肿瘤特异性表观遗传学改变
•我们既往的研究发现CDX2甲基化主要发生在 食管鳞癌，而很少发生在食管腺癌或结肠癌。
• APC基因甲基化主要发生在食管腺癌，而很少 发生在食管鳞癌。
表观遗传学在肿瘤 研究中的应用
中国人民解放军总医院
郭明洲
人类基因组计划完成后，仍有许多问题无法 解释：
➢ 为什么相同基因型的个体
却有不同的表型，如同卵双生
的双胞胎存在表型差异及不同
的疾病易感性？
➢ 为什么存在组织特异性基
因表达的差异？
➢ 克隆动物为什么生长发育
异常甚至易于死亡？
➢ “DNA决定论”被质
KYSE510 neg
KYSE520 neg
COLO680N pos
TE1
neg
TE3
neg
TE8
pos
TE10
weak
TE11
neg
TE12
neg
GATA基因家族在食管癌细胞系的表达和甲基化对应关系
GATA-4, -5, -6 expression in esophageal cancer cell lines and normal tissues
目前表观遗传学概念涵括了非编码RNA
（ncRNA）的范畴。
DNA甲基化
表观遗传学
组蛋白修饰 ncRNA调控
乙酰化 甲基化 ……
……
正常细胞
1 CA HAT TF
2
3
CA: co-activator HAT: histone acetylase TF: transcription factors
肿瘤细胞