Эпигенетика - [46]
Один из вопросов, порождаемых современными исследованиями, заключается в следующем: до какой степени аберрантные эпигенетические изменения способствуют возникновению опухоли и определяют ее общее поведение? Этот вопрос был исследован в опытах по пересадке ядер с использованием клеток меланомы в качестве донора ядер (Hochedlinger et al., 2004). Любые генетические повреждения донорской клетки сохраняются; однако NT стирает эпигенетический «грим». Затем исследовали возникновение опухолей у клонированных зародышей мышей; выяснилось, что спектр опухолей, возникших de novo, сильно варьировал в соответствии с различным вкладом эпигенетических модификаций в разных тканях, в которых включалась неопластическая прогрессия.
Гипометилирование ДНК (в противоположность гиперметилированию) может происходить в отдельных локусах или на протяженных участках хромосомы, /ияометилирование ДНК было, по сути, первым типом эпигенетического перехода, который удалось связать с раком (Feinberg and Vogelstein, 1983). Оно оказалось широко распространенным фенотипом раковых клеток На уровне индивидуальных генов гипометилирование ДНК может быть неопластическим благодаря активации протоонкогенов, дерепрессии генов, вызывающих аберрантные функции клеток, или биаллельной экспрессии импринтированных генов (что также называется утратой импринтинга, или LOI — loss of imprinting) (главы 23 и 24). В более глобальных масштабах, масштабах всего генома обширное гипометилирование ДНК, особенно в участках конститутивного гетерохроматина, обусловливает предрасположение клеток к хромосомным транслокациям и анеуплоидии, способствующим раковой прогрессии. Этот эффект рекапитулируется у мутантов по Dnmt1 (Chen et al., 1998). Геномная нестабильность, возникающая в условиях гипометилирования ДНК, обусловлена, вероятно, мутагенным эффектом реактивации транспозонов. Когда обратили внимание на существенную роль репрессивных модификаций гистонов в поддержании гетерохроматина в центромерах и теломерах, появились данные о том, что если эти метки утрачиваются, возникает также нестабильность генома, вносящая свой вклад в раковую прогрессию (Gonzalo and Blasco, 2005).
>Рис. 3.19. Эпигенетические модификации при раке
>(а) аберрантные эпигенетические метки в локусах, вызывающих рак, как правило, вызывают дерепрессию онкогенов или сайленсинг генов-супрессоров опухоли В число эпигенетических меток, о которых известно, что они изменяют нормальную клетку, входят метилирование ДНК, репрессивное метилирование гистонов и деацетилирование гистонов; (б) использование эпигенетических терапевтических агентов для лечения рака имеет свои последствия на уровне хроматиновой матрицы, показанной на примере локуса-супрессора опухоли. Воздействие ингибиторами Dnmt приводит к потере метилирования ДНК, а воздействие ингибиторами HDAC — к приобретению ацетильных гистоновых меток и последующим модификациям «вниз по течению», включая активные метильные метки гистонов и включение гистоновых вариантов. Эти кумулятивные изменения хроматина приводят к возобновлению экспрессии гена
Напротив, гиперметилирование ДНК при многих раковых заболеваниях сконцентрировано в промоторных участках CpG-островков. Сайленсинг генов-супрессоров опухолей посредством такого аберрантного гиперметилирования ДНК имеет особо важное значение в раковой прогрессии. Недавние исследования показали, что имеет место существенное взаимовлияние [cross-talk] между модификациями хроматина и метилированием ДНК, показывающее, что в сайленсинг гена-супрессора опухоли может быть вовлечен не один эпигенетический механизм. Приведем пример: известно, что гены-супрессоры опухолей, р16 и hMLHl, сайленсируются при раке как метилированием ДНК, так и репрессивным метилированием лизинов гистона (МсGarveyet al., 2006).
Предполагается, что при многих формах рака имеет место дерегуляция модификаторов хроматина. Некоторые энзимы, модифицирующие гистоны, — например, белок EZH2 группы PcG и белок MLL группы trxG — становятся онкогенными и действуют, нарушая эпигенетическую идентичность клетки, вследствие чего возникает либо транскрипционный сайленсинг, либо активация «несоответствующих», «не тех» генов (Schneider et al., 2002; Valk-Lingbeek et al., 2004). Ясно, что эпигенетическая идентичность является ключевым фактором для клеточной функции. Действительно, рисунок глобальных ацетильных и метильных меток гистонов оказывается признаком, имеющим важное значение для прогрессии некоторых раковых заболеваний, как показывают исследования прогрессии опухоли простаты (Seligson et al., 2005).
Разработка мишеней для лекарственных агентов с целью подавления функции эффекторных энзимов, модифицирующих хроматин, открыла новые горизонты для лечения рака (рис. 3.19). Использование ингибиторов DNMT и HDAC находится на наиболее продвинутой стадии клинических испытаний этого нового поколения противораковых терапевтических средств. Двумя такими ингибиторами являются, соответственно, Зебуларин и SAHA. Они особенно эффективны по отношению к раковым клетам, у которых имеются репрессированные гены-супрессоры опухолей (J.C. Cheng et al., 2004; Garcia-Manero and Issa, 2005; Marks and Jiang. 2005), потому что воздействие ими приводит к стимуляции транскрипции. Основная доля репрессивного метилирования лизинов гистонов утрачивается в ходе воздействия, скорее всего благодаря сочетанному с транскрипцией обмену гистонов и замещению нуклеосом; однако эти ингибиторы не изменяют сколько-нибудь существенно H3К9me3 в промоторных участках, являющихся мишенями (McGarvey et al., 2006). Остается выяснить, могут ли сохраняющиеся репрессивные метки индуцировать последующий ресайленсинг генов-супрессоров опухоли, когда воздействие временно прерывается, противодействуя тем самым пользе «эпигенетической терапии». Возможно, что стратегия двойной эпигенетической терапии, использующая ингибиторы DNMT и HDAC, может обеспечить более благоприятный прогноз в клинических испытаниях.
