Читать книгу "Эпигенетика. Управляй своими генами - Михаил Гаврилов"

Широкомасштабное исследование, проведенное в испанской популяции, показало, что существует ассоциация между гипометилированием ДНК и повышенным риском развития рака мочевого пузыря (Мур и др., 2008).

Поскольку геном млекопитающих состоит из относительно коротких неметилированных доменов, встроенных в матрикс длинных, устойчиво метилированных, то потеря метилирования происходит именно в этих областях генома. Так, деметилирование повторяющихся последовательностей, расположенных в различных отделах хромосом, может быть причиной хромосомных аномалий.

Известно, что при злокачественных новообразованиях происходит гипометилирование некоторых онкогенов. Установлены связи между гипометилированием определенных генов и многими видами рака.

Одной из модельных систем для изучения нарушения статуса метилирования ДНК является геномный импринтинг. В геноме человека отцовские и материнские гены могут обнаруживать различную активность уже на ранних стадиях развития. В участках генома, подверженных импринтингу (от англ. imprint – отпечаток, запечатление), экспрессируется только одна аллель (аллель – альтернативное состояние гена) – отцовская или материнская. Иными словами, экспрессия импринтированного гена в организме-потомке определяется его родительским происхождением, то есть зависит от того, передается ли он геномом сперматозоида или яйцеклетки. Молекулярные механизмы геномного импринтинга до конца неясны. Однако доказано, что основная роль в регуляции функционирования импринтированных генов принадлежит эпигенетическим (негенным) механизмам. Таким образом, суммируя вышесказанное, можно охарактеризовать геномный импринтинг как один из вариантов эпигенетической наследственности, при котором специфический характер дифференциальной активности генов определяется полом организма, от которого эти гены унаследованы (Баранов В.С., 2007), который избирательно маркирует некоторые локусы (части) гомологичных (парных в соматических клетках) хромосом и выключает экспрессию одного аллеля. Таким образом, в участках генома, подверженных импринтингу, обнаруживается не биаллельная, а моноаллельная экспрессия генов, причем если импринтирован материнский ген, то экспрессируется отцовский аллель и наоборот (Рейк и др., 2001). В основе геномного импринтинга лежат специфические структурно-молекулярные изменения отдельных участков хромосом, происходящие во время формирования мужских и женских половых клеток, которые приводят к стойким функциональным различиям экспрессии гомологичных генов у потомства.

Следует отметить, что за последнее время произошел большой прогресс в идентификации импринтированных генов. Известны около 80 генов, работа которых осуществляется по принципу геномного импринтинга (http://www.geneimprint.com/site/genes-by-species). Предполагается, что число импринтированных генов может достигать 300–500, то есть около 1,5 % от общего числа генов человека.

Большинство импринтированных генов обеспечивает рост и развитие эмбриона и плаценты, а также клеточную пролиферацию после оплодотворения. Большинство (около 70 %) импринтированных генов экспрессируется с отцовской аллели и около 30 % – с материнской. Импринтированные гены обнаружены на многих хромосомах человека. Молекулярной основой поддержания моноаллельной экспрессии генов является в основном дифференциальное метилирование промоторных регионов импринтированных локусов, или регуляторных последовательностей, так называемых центров импринтинга, на разных родительских копиях хромосом. Для метилированного аллеля импринтированного гена характерно отсутствие экспрессии, тогда как неметилированные аллели являются функционально активными (Лебедев c соавт., 2008).

В другой работе (Нономур с соавт., 1997) исследована аллель-специфическая экспрессия гена инсулиноподобного фактора роста (IGF2). Ген IGF2 – это импринтированный ген, транскрибируемый в норме только с отцовской хромосомы. В исследование были включены 22 больных раком почки. Все больные, у которых была обнаружена потеря импринтинга гена IGF2, имели начальную стадию развития опухоли. Повышенная экспрессия этого гена наблюдалась на прогрессирующей стадии развития заболевания. Данные результаты позволяют предполагать, что потеря импринтинга гена IGF2 предрасполагает к медленному прогрессированию опухоли, тогда как его повышенная экспрессия, возможно, способствует более быстрому росту опухоли. Известно также, что гипометилирование явилось причиной потери импринтинга данного гена при колоректальном раке, раке молочной железы (Ито и др., 2008), печени (Танг и др., 2006) и мочевого пузыря (Такаи, 2001); гена H19 – при раке толстой кишки (Ито и др., 2008), легких (Кондо и др., 1995) и гена KCNQ1 – при раке молочной железы, печени и толстой кишки (Сцелфо и др., 2002).

Известно, что более 70 % генов в геноме человека в норме содержат неметилированные CpG-островки в промоторах (Саксонов, 2006), хотя последнее исследование 5549 аутосомных генов с множеством CpG-островков показало, что около 4 % этих генов метилированы и инактивированы при нормальных условиях. Таким образом, если ранее большинство исследователей отмечали значимую роль гиперметилирования промоторов и подавление экспрессии генов при онкологических заболеваниях и недостаточно внимания уделяли пониженному уровню метилирования генов в нормальной ткани, то в настоящее время установлено, что гипометилирование некоторых генов также играет существенную роль в канцерогенезе. Гиперметилирование при онкологических заболеваниях происходит чаще, чем гипометилирование.

Статус метилирования CpG-островка играет важную роль в регуляции транскрипции генов. В обычных соматических клетках многие CpG-островки не метилированы, но метилированные CpG-островки обнаруживают практически при всех типах первичных опухолей. Механизм гиперметилирования при онкологических заболеваниях полностью не изучен. Несколько исследований показали, что он может быть связан с взаимодействием de novo метилтрансфераз DNMT1 и других ДНК-связывающих белков.

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что гиперметилирование ДНК может происходить во многих генах, участвующих в различных биохимических путях, которые имеют отношение к развитию опухоли и ее прогрессии. Гиперметилирование некоторых генов часто наблюдается при нескольких видах опухоли, в то время как другие связаны только с определенным типом опухолей. Некоторые виды рака являются более уязвимыми к эпигенетическим сбоям. Чаще всего гиперметилирование ДНК ассоциировано с раком легких, желудка, толстой кишки, головного мозга, печени, почки, молочной и предстательной желез (Онгенерт и др., 2008).

(Кутлыева Л.Р. Эпигенетические механизмы регуляции генов играют ключевую роль в канцерогенезе. Обзор).

5.4. Принципы эпигенетической терапии рака

В настоящее время для противодействия эпигенетическим изменениям, связанным с раком, все чаще применяется химиопрофилактика. Это становится возможным благодаря тому, что в отличие от геномных мутаций, которые принципиально необратимы, модификации ДНК путем метилирования хотя и стабильны, но обратимы.

Воздействие осуществляется за счет модулирования активности или экспрессии ДНК-метилтрансфераз и ферментов модификации гистонов (реверсия, возвращение к норме метилирования ДНК путем ингибирования ДНК-метилтрансфераз – DNMT и низкого ацетилирования путем ингибирования гистондеацетилаз – HDAC).