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甲基化与肿瘤 内容提纲DNA甲 基 化 及 其 与 肿 瘤 的 关 系组 蛋 白 甲 基 化 及 其 与 肿 瘤 的 关 系 DNA甲 基 化概 念 ： DNA甲 基 化 （ DNA methylation)是 指 在 DNA甲基 转 移 酶 （ DNMTs） 的 作 用 下 ， 将 一 个 甲 基 添 加 在DNA分 子 中 的 碱 基 上 ， 最 常 见 的 是 加 在 胞 嘧 啶 上 ， 由此 形 成 5-甲 基 胞 嘧 啶 （ 5mC） 。 1、 DNA甲 基 化 位 点 ： CpG岛 或 富 含 CpG岛 的 区 域2、 CpG岛 特 征 ： A、 CpG岛 主 要 位 于 基 因 的 启 动 子 区 ， 部 分 位 于 基因 的 第 一 个 外 显 子 区 ； B、 CpG岛 甲 基 化 可 以 直 接 导 致 相 关 基 因 的 表 观 遗传 学 沉 默 。 DNA甲 基 化 3、 DNA甲 基 化 的 生 物 学 意 义DNA甲 基 化 直 接 制 约 基 因 的 活 化 状 态 。 在 进 化 和生 命 体 活 动 中 ， DNA甲 基 化 的 生 物 学 意 义 在 于 基因 表 达 的 时 空 调 控 ， 以 及 保 护 基 因 组 的 稳 定 性 。例 如 ， 基 因 在 不 同 时 期 特 异 表 达 ， 有 些 基 因 在 发育 早 期 甲 基 化 ， 发 育 晚 期 被 诱 导 去 甲 基 化 ； 管 家基 因 低 甲 基 化 ； 印 记 基 因 高 甲 基 化 等 。 4、 DNA甲 基 化 抑 制 基 因 转 录 的 机 制 ：(1) 干 扰 转 录 因 子 对 DNA元 件 的 识 别 和 结 合 (2)序 列 特 异 性 的 甲 基 化 DNA结 合 蛋 白 与 启 动子 区 甲 基 化 CpG岛 结 合 ， 募 集 组 蛋 白 去 乙 酰化 酶 (HDAC)， 形 成 转 录 抑 制 复 合 物 ， 阻 止 转录 因 子 与 启 动 子 区 靶 序 列 的 结 合 ， 从 而 影 响基 因 的 转 录 。 Gene expression is affected by nearby DNA sequences called promoters, which often include CpG islands. When MeCP2 binds to the CpG island in a promoter (bottom), associated proteins act to prevent expression of the gene. （ 3 ） DNA甲 基 化 通 过 改 变 染 色 质 结 构 ， 抑 制 基 因表 达 。 染 色 质 构 型 的 变 化 伴 随 着 组 蛋 白 的 乙 酰化 和 去 乙 酰 化 ， 以 调 控 基 因 转 录 的 “ 开 ” 和 “关 ” 。 DNA甲 基 化 与 肿 瘤相 关 基 因 的 低 甲 基 化抑 癌 基 因 的 过 甲 基 化 肿 瘤 中 重 复 序 列 DNA的 低 甲 基 化肿 瘤 中 单 拷 贝 基 因 的 低 甲 基 化人 类 基 因 组 中 与 癌 症 相 关 的 低 甲 基 化 ： 肿 瘤 中 重 复 序 列 DNA的 低 甲 基 化 长 散 在 核 苷 元 件 （ LINE） 和 Alu等 重 复 序 列 及 某 些内 源 性 逆 转 录 病 毒 元 件 在 多 种 肿 瘤 中 存 在 低 甲 基 化 现象 。 LINE-1是 人 类 基 因 组 中 最 活 跃 、 最 丰 富 的 可 移 动DNA或 转 座 子 序 列 。 这 些 可 移 动 DNA的 低 甲 基 化 可 以引 起 癌 基 因 转 录 激 活 且 发 生 于 许 多 肿 瘤 中 。 此 外 ， 可移 动 DNA的 低 甲 基 化 也 能 破 坏 邻 近 基 因 的 正 常 表 达 。例 如 ， LINE-1的 突 变 性 插 入 破 坏 了 大 肠 癌 和 乳 腺 癌 中抑 癌 基 因 APC和 C-MYC的 表 达 ， 导 致 肿 瘤 的 发 生 。 肿 瘤 中 单 拷 贝 基 因 的 低 甲 基 化 人 类 肿 瘤 中 发 现 了 一 些 与 肿 瘤 或 增 殖 有 关 的 基 因 的甲 基 化 。 原 癌 基 因 HOX11在 一 些 T细 胞 型 淋 巴 母 细 胞 白血 病 中 和 肿 瘤 抗 原 基 因 MN/CA49在 一 些 肾 癌 细 胞 癌 中 ，都 已 发 现 有 低 甲 基 化 现 象 。 在 结 肠 癌 、 直 肠 癌 中 癌 基因 C-MYC Hapa2位 点 也 观 察 到 低 甲 基 化 。 另 外 ， 一 些肿 瘤 标 志 基 因 如 编 码 肿 瘤 特 异 性 的 MAGE、 LAGE和GAGE的 成 员 及 一 些 印 记 基 因 如 IGF2、 H19等 在 某 些 肿瘤 中 也 程 现 低 甲 基 化 状 态 。 总 之 ， 两 个 主 要 的 机 制 均 暗 示 DNA低 甲 基化 可 能 导 致 癌 症 。第 一 ， 它 可 能 改 变 单 基 因 表 达 ， 例 如 癌 基 因 的过 量 表 达 ， 对 癌 症 直 接 发 挥 作 用 ， 或 者 ， 它 可以 打 断 肿 瘤 抑 制 基 因 ， 破 坏 体 内 的 抗 肿 瘤 机 制 。第 二 ， DNA低 甲 基 化 可 能 导 致 染 色 体 不 稳 定 ，增 加 肿 瘤 易 感 性 。 人 类 癌 症 中 具 有 高 甲 基 化 CpG岛 的 基 因基 因 功 能 定 位 肿 瘤 类 型 结 论p16INK4a 周 期 依 赖 激 酶 抑 制 剂 9p21 多 种 肿 瘤 细 胞 周 期 入口P14ARF MDM2抑 制 剂 9p21 结 肠 癌 、 胃 癌 、肾 癌 p53下 游 基 因P15LNK4b 周 期 依 赖 激 酶 抑 制 剂 9p21 白 血 病 细 胞 周 期 入口hMLH1 DNA错 配 修 复 3p21.3 结 肠 癌 、 子 宫 内膜 癌 、 胃 癌 移 码 突 变BRCA1 DNA修 复 、 转 录 17q21 乳 腺 癌 、 卵 巢 癌 双 链 打 断抑 癌 基 因 过 甲 基 化 与 肿 瘤 有 关 1.细 胞 周 期2.P53网 络3.激 素 应 答4.细 胞 因 子 信 号抑 癌 基 因 过 甲 基 化 与 肿 瘤 发 生 的 机 制 细 胞 周 期 在 许 多 人 类 的 主 要 肿 瘤 和 细 胞 系 中 ， 细 胞 循环 抑 制 物 p16INK4a均 被 过 甲 基 化 ， 使 癌 细 胞 易 脱离 衰 老 并 增 殖 。 同 样 ， RB基 因 和 细 胞 循 环 抑 制物 p15INK4b也 经 常 遭 遇 到 异 常 高 甲 基 化 。 p53网 络 人 类 癌 症 中 ， p53是 突 变 频 率 最 高 的 肿 瘤 抑制 基 因 ； 但 是 ， 一 般 的 人 类 原 发 肿 瘤 是 p53的 野 生型 。 另 一 个 使 p53失 活 的 方 式 是 通 过 甲 基 化 调 节 使肿 瘤 抑 制 基 因 p14ARF沉 默 ， 这 条 途 径 可 使 MDM2癌 基因 蛋 白 脱 离 P14ARF抑 制 ， 自 由 引 发 p53退 化 。 在 白 血病 中 ， p53的 同 源 基 因 p73也 被 过 甲 基 化 。 激 素 应 答 雌 激 素 、 孕 酮 、 雄 激 素 和 泌 乳 刺 激 素 受 体 异常 甲 基 化 发 生 在 乳 腺 和 子 宫 肿 瘤 中 ， 可 能 导 致 这些 癌 细 胞 不 对 此 类 激 素 发 生 应 答 。 表 现 出 视 黄 酸受 体 2和 细 胞 视 黄 醇 结 合 蛋 白 的 启 动 子 过 甲 基化 的 肿 瘤 可 能 废 止 类 维 生 素 A的 分 化 作 用 。 细胞因子信号 几 条 细 胞 因 子 通 路 负 调 控 中 的 发 现 均 暗 示细 胞 因 子 信 号 抑 制 剂 （ SOCS） 家 族 蛋 白 的 存 在 ，特 别 是 转 录 活 性 转 录 体 Jak/STAT通 路 的 受 体 相关 酪 氨 酸 /信 号 变 化 器 和 激 活 剂 。 在 人 类 癌 症 中 ， SOCS-1和 SOCS-3经 历 了 甲 基 化 相 关 的 沉 默 。 总 之 ， 与 低 甲 基 化 相 比 ， 高 甲 基 化 是一 个 较 简 单 的 现 象 ， 经 常 出 现 在 特 殊 基 因的 调 控 /启 动 区 域 ， 随 癌 症 种 类 的 不 同 而 不同 。 很 清 楚 ， 和 低 甲 基 化 一 样 ， 很 多 与 人类 癌 症 相 关 的 基 因 中 存 在 高 甲 基 化 现 象 ，而 这 种 基 因 的 数 目 还 在 成 倍 增 加 。 组蛋白甲基化1.概 念 ： 指 发 生 在 H3和 H4组 蛋 白 N端 精 氨 酸和 赖 氨 酸 残 基 上 的 甲 基 化 ， 由 组 蛋 白 甲 基 转移 酶 介 导 催 化 。2.分 类 ： 24个 组 蛋 白 甲 基 化 位 点 ， 其 中 17个位 于 赖 氨 酸 ， 7个 位 于 精 氨 酸 。 组蛋白甲基化3.相 关 酶 ： 蛋 白 质 精 氨 酸 甲 基 转 移 酶 精 氨 酸SET家 族 赖 氨 酸组 蛋 白 甲基 转 移 酶（ HMTs）组 蛋 白 去甲 基 化 酶 LSD1JmjC家 族 蛋 白PADI4（ 赖 氨 酸 特 异 性 去 甲 基 化 酶 1）（ 精 氨 酸 肽 基 脱 亚 胺 酶 ） 组蛋白甲基化 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 特 点A： 组 蛋 白 赖 氨 酸 的 甲 基 化 是 可 逆 的B： 分 两 个 家 族 ， 即 组 蛋 白 赖 氨 酸 甲 基 转 移 酶 和 组 蛋 白 精 氨酸 甲 基 转 移 酶C： 组 蛋 白 甲 基 化 标 记 对 基 因 表 达 调 控 的 作 用 可 以 完 全 相 反 ，有 时 促 进 基 因 表 达 ， 有 时 却 抑 制 基 因 表 达 ， 调 控 作 用 取 决 于甲 基 化 的 位 点 和 甲 基 化 的 程 度D： 修 饰 的 复 杂 性 ， 即 某 一 特 定 残 疾 可 以 结 合 不 同 数 目 的 残基 ， 赖 氨 酸 残 基 能 够 单 、 双 、 三 甲 基 化 ， 精 氨 酸 残 疾 能 够 单 、双 甲 基 化 ， 极 大 地 增 加 了 组 蛋 白 甲 基 化 修 饰 调 控 的 复 杂 性 组蛋白甲基化功能组 蛋 白 甲 基 化 与 异 染 色 质 形 成组 蛋 白 甲 基 化 与 基 因 印 记组 蛋 白 甲 基 化 与 X染 色 体 失 活 组 蛋 白 甲 基 化 与 异 染 色 质 形 成SUV39H1和 SUV39H2甲 基 转 移 酶 对 异 染 色 质 的 形成 具 有 重 要 作 用 。 将 两 个 基 因 突 变 后 ， H3K9的 甲 基化 会 减 少 一 半 ， 这 样 出 生 的 小 鼠 有 丝 分 裂 中 染 色 体的 分 离 有 缺 陷 。 在 裂 殖 酵 母 中 H3K9位 点 的 甲 基 化 可以 将 常 染 色 质 和 异 染 色 质 在 特 定 区 域 分 开 。 在 形 成异 染 色 质 的 过 程 中 ， Su（ var） 3-9通 过 与 异 染 色 质蛋 白 1（ HP1） 相 互 作 用 来 控 制 蛋 白 质 的 定 位 。 组 蛋 白 甲 基 化 与 基 因 印 记基 因 印 记 是 指 一 对 等 位 基 因 中 ， 一 条 来 自 父 方 ， 一条 来 自 母 方 ， 其 中 任 何 一 方 基 因 表 达 处 于 抑 制 状 态 ，就 被 称 为 基 因 印 记 。 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 在 基 因 印 记中 发 挥 重 要 作 用 ， 缺 少 组 蛋 白 甲 基 转 移 酶 会 导 致 基因 印 记 丢 失 。 最 近 ， 有 两 项 在 大 鼠 7号 染 色 体 中 的 研究 都 发 现 组 蛋 白 甲 基 化 可 能 是 除 了 DNA甲 基 化 以 外维 持 基 因 印 记 的 另 一 种 重 要 途 径 。 组 蛋 白 甲 基 化 与 X染 色 体 失 活雌 性 哺 乳 动 物 的 剂 量 补 偿 是 由 X染 色 体 失 活 和 Xist非 编码 RNA决 定 的 。 在 胚 胎 干 细 胞 分 化 过 程 中 ， Xist表 达和 H3K27me3、 H4K20me1、 DAN甲 基 化 有 关 。 胚 胎组 织 随 机 X染 色 体 失 活 是 由 DNA甲 基 化 控 制 的 ， 而 胚外 组 织 对 于 已 经 印 记 的 X染 色 体 失 活 的 维 持 是 依 赖Eed的 功 能 和 Xist的 表 达 ， 与 DAN甲 基 化 无 关 。 由 此可 见 ， X染 色 体 失 活 和 基 因 印 记 可 能 由 同 样 的 机 制 引起 ， 这 些 机 制 中 就 包 括 组 蛋 白 甲 基 化 。 组 蛋 白 甲 基 化 与 肿 瘤 组 蛋 白 的 甲 基 化 状 态 与 基 因 表 达 有 关 ， 因 此 肿 瘤 细 胞 也 存 在 组蛋 白 甲 基 化 的 异 常 ， 如 下 表 。 组 蛋 白 甲 基 化 与 肿 瘤RIZ1（ PRDM2） 具 有 H3K9位 甲 基 转 移 酶 活 性 ， 研 究 发 现 在某 些 肿 瘤 ， 如 乳 腺 癌 、 肝 癌 、 结 肠 癌 、 神 经 母 细 胞 瘤 中 ， 该基 因 发 生 基 因 突 变 而 失 去 活 性 ， 而 其 失 活 有 引 起 G2-M期 的细 胞 周 期 延 长 ， 凋 亡 抑 制 ， 因 此 推 测 H3K9位 组 蛋 白 甲 基 转移 酶 可 能 具 有 肿 瘤 抑 制 功 能 ， 它 的 功 能 缺 失 可 能 参 与 癌 症 的发 生 过 程 。 组 蛋 白 甲 基 化 与 肿 瘤Suv39h1/2剔 除 的 鼠 基 因 不 稳 定 ， 染 色 体 错 误 分 离 ， 导 致 B细胞 淋 巴 瘤 。 人 的 Suv39h1/2与 视 网 膜 胶 质 瘤 蛋 白 RB共 同 调 节周 期 蛋 白 E（ cycline E） 的 基 因 表 达 ， Suv39h1/2的 功 能 下 调可 能 导 致 增 殖 失 控 而 发 生 癌 变 ， 如 霍 奇 金 淋 巴 瘤 。 另 外 ，H4R3位 甲 基 化 影 响 白 血 病 细 胞 的 分 化 。MLL1甲 基 转 移 酶 突 变 与 多 种 类 型 白 血 病 有 关 。 结 肠 癌 和 肝 癌细 胞 中 SMYD3甲 基 转 移 酶 过 表 达 ， 前 列 腺 癌 、 淋 巴 瘤 、 乳 腺癌 中 EZH2甲 基 转 移 酶 高 表 达 ， 这 些 研 究 说 明 组 蛋 白 甲 基 转 移酶 异 常 可 能 从 参 与 实 体 肿 瘤 的 发 生 。 肿 瘤 表 观 遗 传 学 的 临 床 意 义一 、 CpG岛 高 甲 基 化 用 于 肿 瘤 的 诊 断近 年 来 的 广 泛 定 位 确 定 了 越 来 越 多 的 癌 症 中 异 常 过 甲 基化 的 基 因 CpG岛 ， 包 含 了 多 数 人 类 癌 症 的 形 成 。 这 些 DNA甲 基 化 图 使 人 们 发 现 定 义 不 同 癌 症 发 生 的 甲 基 化 CpG岛的 独 特 外 形 ， 从 而 可 能 制 作 一 个 全 面 的 人 类 每 种 癌 症 的“ 甲 基 型 ” 或 “ DNA甲 基 化 签 名 ” 。 例 如 ， 直 结 肠 癌 中p16 INK4a、 p14ARF、 APC和 MGMT存 在 过 甲 基 化 ， 而 非 典 型 子宫 内 膜 增 生 中 hMLH1异 常 甲 基 化 。 所 以 ， 异 常 CpG岛 甲 基化 的 存 在 可 用 于 早 期 筛 查 ， 在 家 族 癌 症 发 生 高 危 人 群 中 尤 其 有 用 ， 因 为 它 们 有 和 散 发 病 例 相 似 的 CpG岛 过 甲 基 化 。二 、 CpG岛 高 甲 基 化 用 于 预 测 肿 瘤 疗 效 MGMT蛋 白 （ O-6-甲 基 鸟 嘌 呤 DNA甲 基 转 移 酶 ） 在 DNA鸟嘌 呤 额 外 烷 基 化 中 直 接 起 作 用 。 该 碱 基 是 DNA中 几 个 烷 基 化 化疗 药 物 的 首 选 靶 点 ， 如 BCNU（ 卡 氮 芥 ） 、 丙 卡 巴 肼 、 替 莫 唑 胺 。所 以 ， 因 过 甲 基 化 而 失 去 MGMT的 肿 瘤 可 能 对 这 些 烷 化 剂 更 敏感 ， 因 为 在 癌 细 胞 中 ， 它 们 的 DNA损 害 不 可 能 被 修 复 ， 从 而 导致 细 胞 死 亡 。 这 个 假 说 确 实 被 证 实 了 ， 而 且 MGMT启 动 子 甲 基化 有 效 地 预 测 了 化 疗 药 物 卡 莫 司 汀 的 良 好 疗 效 ， 更 高 的 整 体 存活 率 和 神 经 胶 质 瘤 患 者 病 情 的 缓 慢 发 展 。 三 、 抗 癌 剂 的 筛 选5-氮 -2-脱 氧 核 苷 （ 5-aza-CdR， 地 西 他 滨 ） 是 一 个 可 以介 入 DNA的 核 苷 酸 类 似 物 ， 从 而 产 生 DNA甲 基 转 移 酶 的 不可 逆 失 活 。 在 白 血 病 、 MDS、 非 小 细 胞 肺 癌 患 对 不 同 剂 量的 5-aza-CdR表 现 出 抗 癌 活 性 。 Thank you for your lisTening