DNA甲基化与癌症

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,DNA甲基化与癌症,DNA甲基化,DNA甲基化,是通过DNA甲基转移酶（DNMTs）将甲基从S-腺苷蛋氨酸转移到胞嘧啶的5位来完成的，参与调控基因的表达和细胞分化的过程，在哺乳动物的发育中有重要的作用。,其特点有：,DNA甲基化是重要的表观遗传修饰,主要发生在DNA的CpG岛,通过DNA甲基转移酶（DNMTs）来完成,可分为高甲基化和低甲基化,2,DNA的高甲基化与低甲基化,高甲基化：意味着基因的沉默,低甲基化：意味着基因的激活,3,基因突变与DNA甲基化,对不同肿瘤细胞的DNA分析表明，癌变细胞中出现,基因突变,的概率要远远低于预期,，,而在转录组范围内检测结肠直肠癌中由启动子,高甲基化,引起的基因表达抑制，发现高达5% 的已知基因在肿瘤细胞中发生了异常的启动子高甲基化,。,因此可以推测，,与基因突变相比，DNA甲基化改变在细胞恶变过程中可能发挥了更大的作用,。,4,肿瘤细胞具有以下特征：,1.逃避细胞死亡( resisting cell death ),2.对生长抑制信号不敏感( evading growth suppressors ),3.诱导新血管生成( inducing angiogenesis),4.无限的复制潜能（enabling replicative immortality),5.组织浸润和转移（activating invasion and metastasis),6.持续的增殖信号（sustaining proliferative signaling),近几年的研究发现，特定基因的,DNA高甲基化,在这些过程中均发挥重要作用,5,1.DNA甲基化与肿瘤细胞,逃避细胞死亡,机制,p53基因是一个重要的抑癌基因，可以促使损伤细胞发生凋亡,INK4a /ARF 基因启,动子区域的甲基,化,使p14ARF,表达下降,MDM2,表达上升,结合p53,使p53,发生蛋白,质水平的降解,使细胞逃离p53,引起的凋亡,（,p14ARF,的作用,是,抑制MDM2表达,）,6,1.DNA甲基化与肿瘤细胞,逃避细胞死亡,机制,BNIP3,，是一个,凋亡相关因子,，它定位于线粒体,，,可以诱导细胞在缺氧情况下发生凋亡,BNIP3 启动子,区高甲基化,引起BNIP3,表达沉默,导致细胞逃避,缺氧时的凋亡,7,2.DNA甲基化与肿瘤细胞,对生长抑制信号不敏感,机制,细胞生长抑制因子,对细胞生长的调控存在多种机制,，,其中由pRb 参与的G1 / S 检测点调控尤其重,要,。,正常,情况下：,p16蛋白,CDK4 /6,结合,CDK 复合物与,周期蛋白D结,合,阻止,pRb不,能磷酸化,促使,未,磷酸化,的,pRb,E2F,结合,阻止细胞从G1,期进入S 期,起到抑制细胞,生长的作用,8,2.DNA甲基化与肿瘤细胞,对生长抑制信号不敏感,机制,DNA甲基化发生时：,p16 基因的启,动子区域甲基化,p16,蛋白表达,受到抑制,TGF,生长抑制,信,号通路失去作用,肿瘤细胞,异常生长,在丙肝病毒感染的肝细胞中，发现了丙肝病毒的核心蛋白(core protein)可引起p16基因启动子的甲基化，p16表达水平下降从而促进了细胞的分裂，在丙肝诱导的肝癌中起着重要的作用,。,9,3.DNA甲基化与,诱导新血管生成,机制,新血管的生成是癌症发生中重要的步骤,，,新血,管生成首先需要,金属蛋白酶,分解细胞外基质，再通过,血管内皮生长因子,(VEGF) 来诱导血管生成,组织金属蛋白,酶抑制剂3,（,TIMP3,）,抑制,金属蛋,白酶的活性,与VEFGR2,结合,阻止,血管生成,肿瘤细胞中TIMP3 的下调有一部分原因是由于启动子,区域的甲基化引起的,10,4.DNA甲基化与肿瘤细胞,无限复制潜能,的机制,癌细胞无限的复制潜能主要与,端粒酶活性,的升高有关,；,端粒酶可以利用RNA 逆转录DNA，解决DNA 复制时末端缺失的问题；,正常情况下端粒酶只有在受精卵和干细胞中才有活性，而肿瘤细胞大多具有高活性的端粒酶,；,端粒酶的重要组成部分,人端粒酶逆转录酶(hTERT),的活性与端粒酶活性高度相关,。,11,4.DNA甲基化与肿瘤细胞,无限复制潜能,的机制,DNA甲基化发生时：,启动子区域特异,性位置甲基化,人端粒酶逆转录,酶,（hTERT）激活,端粒酶活,性升高,癌细胞无限复制,潜能激活,既往认为hTERT 的激活依赖于启动子区域的甲基化，是至今,唯一,发现的,因甲基化而激活的基因,。,但最近的研究表明，引起hTERT激活的启动子甲基化有位置特异性，即与启动子特定部位的甲基化及相关区域整体的非甲基化相关,12,5.DNA甲基化与肿瘤,组织的浸润和转移,机制,组织浸润和转移是细胞恶变的重要特征，近年来这方面的研究进展迅速,，,细胞骨架的异常调节与肿瘤转移密切相关,正常情况下，由,-连环蛋白,把,-连环蛋白,和,E-cadherin,固定到胞内肌动蛋白纤维上来加固细胞连接,E-cadherin表达下降,是通过启动子区域的,甲基化,来实现的,氮胞苷,( DNA 甲基化酶抑制剂) 可以,上调E-cadherin的表达,转移的癌细胞E-cadherin 普遍表达下降,13,5.DNA甲基化与肿瘤,组织的浸润和转移,机制,KiSS-1,是近年发现的一个重要的,肿瘤转移抑制基因,KiSS-1,促进E-cadherin,表达,抑制IV 型,胶原酶,抑制,肿瘤转移,启动子甲基化所导致的,KiSS-1 表达抑制,在,胃癌、膀胱癌、肝癌,的转移中都有重要的作用,14,5.DNA甲基化与肿瘤,组织的浸润和转移,机制,抑癌基因LZTS1,在一项针对乳腺癌的研究中发现，,抑癌基因LZTS1 的启动子甲基化,所导致的表达下降与,乳腺癌的淋巴结转移,相关,LZTS1 启动子区甲基化引起的表达下降在,前列腺癌、非小细胞型肺癌、胃癌、乳腺癌,中都与预后不良相关,15,5.DNA甲基化与肿瘤,组织的浸润和转移,机制,DFNA5,是一个新发现的乳腺癌相关基,因,DFNA5,甲基化后，,其表达抑制,正常情况下可以,促进细胞淍亡,导致肿瘤细,胞转移几率增大,16,6.DNA甲基化与肿瘤细胞,持续的增殖信号,的机 制,大部分的癌细胞不需要外界的生长刺激因子的作用就可以完成增殖，原因是细胞内的,信号转导通,路发生了变化,，导致促增殖因子作用的增强,。,SFRPs,基因家族编码的蛋白,抑制Wnt 通路,17,6.DNA甲基化与肿瘤细胞,持续的增殖信号,的机 制,DNA甲基化发生时：,SFRPs 的启动子,区域的高甲基化,SFRPs,表达,抑制,刺激,细胞分裂,促进,Wnt 通路的,过度激活,因而细胞在不需要外界生长刺激因子,的作用下就可以不断增殖,18,7.microRNA的高甲基化与癌症,microRNA,microRNA( miRNA) 是细胞内一种重要的非编码RNA，其功能主要是通过与mRNA 的3UTR 序列互补结合而,抑制mRNA 的翻译,。,miRNA 在,调节细胞内的蛋白质表达水平,过程中发挥重要的作用,19,7.microRNA的高甲基化与癌症,已发现多种miRNA 在肿瘤细胞中因启动子区,高甲基化,而,导致转录抑制,。,这些miRNA 的靶基因中包含一些促分裂增殖的癌基因,。,miRNA 表达下降,使这些,癌基因编码的蛋白质表达升高,，从而,加速肿瘤的发生发展,。,20,7.microRNA的高甲基化与癌症,在,结肠直肠癌,细胞系HCT-116 中,：,miR-124a 的启动子,区异常高甲基化,miR-124a,表达减少,导致其靶基因,CDK6 过表达,促进,肿瘤发生,21,7.microRNA的高甲基化与癌症,在,急性髓样淋巴瘤,中,：,miR-193a的启动子,区异常高甲基化,miR-193a,表达减少,其靶基因c-kit,过表达,促进,肿瘤发生,22,7.microRNA的高甲基化与癌症,乳腺癌,中，,miR-355,可以抑制乳腺癌细胞的转移，因为miR-355 可以抑制SOX4 基因表达引起的细胞外基质的酶解,。,miR-129-2,是另一个和SOX4 表达沉默有关的miRNA，在,结肠直肠癌,和,胃癌,中都发现了miR-129-2 的启动子区域高甲基化现象,。,23,DNA 去( 低) 甲基化与癌症,与癌症发生过程中DNA 的甲基化不同，,DNA的去甲基化,包括：,1.,特定基因的甲基化水平降低,2.,基因组范围整体DNA 甲基化的降低,2.1 影响染色体稳定性和基因组完整性,2.2 影响重复序列的表达,24,DNA 甲基化与癌症的诊断,表观遗传学的改变是细胞癌变的重要特征之一，因此，,细胞DNA 甲基化的变化,可以作为,癌症早期,诊断的重要依据,细胞DNA甲基化水平的,检测,:,甲基化特异的,PCR 技术,( methylation-specific PCR，MSP),由于MSP 的,高敏感性,，对于癌症的早期诊断鉴别非常有利,25,DNA 甲基化与癌症的诊断,DNA 甲基化与癌症的诊断,的,优点,：,稳定性好,；,有组织特异性,；,易于检测,；,且其异常程度常与癌症的进展相关,26,DNA 甲基化与癌症的诊断,在许多癌症中都已经发现了,癌症相关基因甲基化,水平的改变,：,如,外周血细胞的DNA 低甲基化与,膀胱癌,的发生密切相关,CDH13、MYOD1、MGMT、P16INK4b 和RASSF1A 基因的甲基化水平在常见的,膀胱癌、直肠癌、肺癌、肝癌,等细胞中都表现出了明显的改变,在,非小细胞肺癌,中，TFPI-2 基因的甲基化通常意味着较差的预后,27,DNA 甲基化与癌症治疗,与基因的突变不同，表观遗传学的改,变大都是,可逆的,，因此，利用药物来改变,细胞的表观遗传学状态可能是治疗癌症,的一条新途径,28,DNA 甲基化与癌症治疗,目前的甲基化酶抑制剂主要有,zebularine,和,5-aza-2-deoxycytidine( 5-ADC),：,5-ADC,在试验中显示了对,骨髓增生症、白血病和实体肿瘤,都有明显的疗效,Zebularine,是一种很有希望的口服DNMT 抑制剂，在,小鼠的肠癌,模型中能够明显减少息肉的数量,29,DNA 甲基化与癌症治疗,基化抑制剂如,5-fluorodeoxycytidine( FdCyd),，,N4-,NPEOCDAC,，,RG108,和,epigallocatechin- 3-gallate,( EGCG),在实验中均表现出了对肿瘤的抑制作用,。,DNA 甲基化抑制剂的研究才刚刚起步，但已表现出巨大的潜力，可以预想在将来会成为癌症治疗的一个重要方面,30,结语,越来越多的研究表明，DNA 的甲基化异常和癌症的发生发展有着密切的关系,。,无论是异常的DNA高甲基化还是低甲基化都会导致基因的表达异常，从而促进了癌症的发生,。,31,结语,同时，DNA 的甲基化改变也为癌症的诊断和治疗提供了一条新的途径,。,通过检测DNA 甲基化可以提前发现癌变; 通过纠正DNA 甲基化异常则可能逆转细胞的恶变,。,32,结语,进一步阐明肿瘤细胞特异DNA 甲基化改变的机制及与肿瘤发生发展的关系，将为最终攻克肿瘤治疗难题提供新的思路,。,33,谢谢,!,34,