肿瘤表观遗传学介绍

目前认为肿瘤是一种遗传学和表观遗传学疾病。遗传改变本身并不能解释发生于肿瘤细胞内复杂的异常现象。表观遗传学与遗传学相结合,为更好的阐明所有恶性肿瘤的进展提供了另一种思路[1]。目前,表观遗传学被定义为不依赖DNA序列变化的基因活性的可遗传改变。DNA甲基化和组蛋白修饰是参与基因调控、发育和癌变的两种主要的表观遗传学事件。

DNA甲基化对于维持正常哺乳动物细胞的正确表达模式是必需的,并有利于确保基因组印记的建立和X染色体失活,其中CpG二核苷酸是DNA甲基化的主要位点。而且,重复的基因组序列大量发生甲基化,这样可以阻止由内寄生序列复活产生的染色体易位、基因不稳定和基因破坏,从而保持染色体的完整性[6]。此外,DNA适当的甲基化对某些基因的种系特异性表达(如MAGE家族成员)和组织特异性基因的沉默(如maspin)也是必需的,沉默基因在相应的细胞类型中不表达。

 

有趣的是,DNA甲基化发生于复杂的染色体结构中,而且组蛋白尾的修饰可影响DNA甲基化。现认为组蛋白是基因活性的动态调节因子,它们主要受乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化和SUMO(小分子泛素样修饰体)化等翻译后化学修饰的影响。简言之,某些组蛋白的修饰(如组蛋白乙酰化)与转录活性相关,而另一些修饰(如组蛋白H3第9位赖氨酸的甲基化)提示染色质的聚集与失活。组蛋白密码假说认为染色质特定区域的表达状态取决于组蛋白修饰的特定组合。但是,鉴别所有可能的组合是一项艰巨的任务。而使问题更复杂的是, DNA甲基化与组蛋白修饰以精确的交联作用调控基因表达,这一过程涉及若干不同的蛋白质和复合物。所有这些调节通路更增加了我们所研究的表观遗传学的复杂性。

 

 

肿瘤细胞的表观遗传学机制失去了精细的调控,而表观遗传学模式的破坏会促使肿瘤表型的表达。人肿瘤中,影响DNA甲基化和组蛋白修饰的3种主要的表观遗传学改变为:可导致基因沉默的抑癌基因的异常超甲基化、整体DNA低甲基化和组蛋白改变。近年有证据表明,表观遗传学改变与肿瘤关系密切。现认为,DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质区室的严重紊乱是人肿瘤的共同特点。

 

表观遗传学对肿瘤的作用不仅限于肿瘤早期转化即影响到肿瘤转移,而且转移是实体瘤患者死亡的首要原因。转移过程由相互关联的步骤组成:包括原发性肿瘤细胞获得侵袭相邻组织的能力、进入全身循环(intravasate)、通过脉管系统易位、远端毛细血管滞留、离开循环到周围间质组织,最后从微转移灶增殖为肉眼可见的继发性肿瘤。为达到这一目的,肿瘤细胞需获得某种基因型和表型,从而播散原发肿瘤,或在播散的组织部位存活、增殖。

 

因此,转移也是一种遗传学与表观遗传学疾病。一方面,转移具有复杂的基因标记特征,这些标记有可能反映转移的潜能,例如,可以确定转移细胞个体在特异的继发组织部位的存活能力。另一方面,DNA甲基化和组蛋白修饰的表观遗传学模式的破坏可解释部分转移相关基因表达的改变。基因表达的变化可能是由于表观遗传学修饰直接或通过影响染色质间接改变了基因转录水平。此外,表观遗传学机制不仅调节“经典”的肿瘤和转移相关基因,而且调节参与肿瘤发生与发展相关的miRNA基因。可见,调节转移相关基因和miRNA的表观遗传学机制可以阐明转移。

 

随着对转移表观遗传学改变的深入理解,我们可以进一步识别新的转移相关基因和miRNA、发现有助于转移诊断的新型表观遗传学生物标记、制定基于表观遗传学药物的新的肿瘤治疗方案。本文中,我们将讨论表观遗传学在肿瘤演进和转移过程中所发挥的作用与转移相关基因和miRNA的关系。生物信息

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