甲基化和肿瘤

甲基化与肿瘤甲基化和肿瘤第1页甲基化和肿瘤第2页内容提要DNA甲基化及其与肿瘤关系组蛋白甲基化及其与肿瘤关系甲基化和肿瘤第3页DNA甲基化概念：DNA甲基化（DNAmethylation)是指在DNA甲基转移酶（DNMTs）作用下，将一个甲基添加在DNA分子中碱基上，最常见是加在胞嘧啶上，由此形成5-甲基胞嘧啶（5mC）。甲基化和肿瘤第4页甲基化和肿瘤第5页1、DNA甲基化位点：CpG岛或富含CpG岛区域2、CpG岛特征：A、CpG岛主要位于基因开启子区，部分位于基因第一个外显子区；B、CpG岛甲基化能够直接造成相关基因表观遗传学缄默。DNA甲基化甲基化和肿瘤第6页3、DNA甲基化生物学意义DNA甲基化直接制约基因活化状态。在进化和生命体活动中，DNA甲基化生物学意义在于基因表示时空调控，以及保护基因组稳定性。比如，基因在不一样时期特异表示，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。甲基化和肿瘤第7页4、DNA甲基化抑制基因转录机制：(1)干扰转录因子对DNA元件识别和结合甲基化和肿瘤第8页

(2)序列特异性甲基化DNA结合蛋白与开启子区甲基化CpG岛结合，募集组蛋白去乙酰化酶(HDAC)，形成转录抑制复合物，阻止转录因子与开启子区靶序列结合，从而影响基因转录。甲基化和肿瘤第9页GeneexpressionisaffectedbynearbyDNAsequencescalledpromoters,whichoftenincludeCpGislands.WhenMeCP2bindstotheCpGislandinapromoter(bottom),associatedproteinsacttopreventexpressionofthegene.甲基化和肿瘤第10页（3）DNA甲基化经过改变染色质结构，抑制基因表示。染色质构型改变伴伴随组蛋白乙酰化和去乙酰化，以调控基因转录“开”和“关”。

甲基化和肿瘤第11页DNA甲基化与肿瘤相关基因低甲基化抑癌基因过甲基化甲基化和肿瘤第12页肿瘤中重复序列DNA低甲基化肿瘤中单拷贝基因低甲基化人类基因组中与癌症相关低甲基化：甲基化和肿瘤第13页

肿瘤中重复序列DNA低甲基化

长散在核苷元件（LINE）和Alu等重复序列及一些内源性逆转录病毒元件在各种肿瘤中存在低甲基化现象。LINE-1是人类基因组中最活跃、最丰富可移动DNA或转座子序列。这些可移动DNA低甲基化能够引发癌基因转录激活且发生于许多肿瘤中。另外，可移动DNA低甲基化也能破坏邻近基因正常表示。比如，LINE-1突变性插入破坏了大肠癌和乳腺癌中抑癌基因APC和C-MYC表示，造成肿瘤发生。甲基化和肿瘤第14页肿瘤中单拷贝基因低甲基化人类肿瘤中发觉了一些与肿瘤或增殖相关基因甲基化。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，都已发觉有低甲基化现象。在结肠癌、直肠癌中癌基因C-MYCHapa2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MAGE、LAGE和GAGE组员及一些印记基因如IGF2、H19等在一些肿瘤中也程现低甲基化状态。甲基化和肿瘤第15页总之，两个主要机制均暗示DNA低甲基化可能造成癌症。第一，它可能改变单基因表示，比如癌基因过量表示，对癌症直接发挥作用，或者，它能够打断肿瘤抑制基因，破坏体内抗肿瘤机制。第二，DNA低甲基化可能造成染色体不稳定，增加肿瘤易感性。甲基化和肿瘤第16页人类癌症中含有高甲基化CpG岛基因基因功效定位肿瘤类型结论p16INK4a周期依赖激酶抑制剂9p21各种肿瘤细胞周期入口P14ARFMDM2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hMLH1DNA错配修复3p21.3结肠癌、子宫内膜癌、胃癌移码突变BRCA1DNA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相关甲基化和肿瘤第17页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机制甲基化和肿瘤第18页细胞周期在许多人类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。一样，RB基因和细胞循环抑制物p15INK4b也经常遭碰到异常高甲基化。甲基化和肿瘤第19页p53网络人类癌症中，p53是突变频率最高肿瘤抑制基因；不过，普通人类原发肿瘤是p53野生型。另一个使p53失活方式是经过甲基化调整使肿瘤抑制基因p14ARF缄默，这条路径可使MDM2癌基因蛋白脱离P14ARF抑制，自由引发p53退化。在白血病中，p53同源基因p73也被过甲基化。甲基化和肿瘤第20页激素应答雌激素、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，可能造成这些癌细胞不对这类激素发生应答。表现出视黄酸受体β2和细胞视黄醇结合蛋白Ⅰ开启子过甲基化肿瘤可能废止类维生素A分化作用。甲基化和肿瘤第21页细胞因子信号几条细胞因子通路负调控中发觉均暗示细胞因子信号抑制剂（SOCS）家族蛋白存在，尤其是转录活性转录体Jak/STAT通路受体相关酪氨酸/信号改变器和激活剂。在人类癌症中，SOCS-1和SOCS-3经历了甲基化相关缄默。甲基化和肿瘤第22页总之，与低甲基化相比，高甲基化是一个较简单现象，经常出现在特殊基因调控/开启区域，随癌症种类不一样而不一样。很清楚，和低甲基化一样，很多与人类癌症相关基因中存在高甲基化现象，而这种基因数目还在成倍增加。甲基化和肿瘤第23页组蛋白甲基化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。甲基化和肿瘤第24页组蛋白甲基化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）甲基化和肿瘤第25页组蛋白甲基化甲基化和肿瘤第26页组蛋白甲基转移酶特点A：组蛋白赖氨酸甲基化是可逆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：组蛋白甲基化标识对基因表示调控作用能够完全相反，有时促进基因表示，有时却抑制基因表示，调控作用取决于甲基化位点和甲基化程度D：修饰复杂性，即某一特定残疾能够结合不一样数目标残基，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复杂性甲基化和肿瘤第27页组蛋白甲基化功效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染色体失活甲基化和肿瘤第28页

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形成含有主要作用。将两个基因突变后，H3K9甲基化会降低二分之一，这么出生小鼠有丝分裂中染色体分离有缺点。在裂殖酵母中H3K9位点甲基化能够将常染色质和异染色质在特定区域分开。在形成异染色质过程中，Su（var）3-9经过与异染色质蛋白1（HP1）相互作用来控制蛋白质定位。甲基化和肿瘤第29页

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示处于抑制状态，就被称为基因印记。组蛋白甲基转移酶在基因印记中发挥主要作用，缺乏组蛋白甲基转移酶会造成基因印记丢失。最近，有两项在大鼠7号染色体中研究都发觉组蛋白甲基化可能是除了DNA甲基化以外维持基因印记另一个主要路径。甲基化和肿瘤第30页

组蛋白甲基化与X染色体失活

雌性哺乳动物剂量赔偿是由X染色体失活和Xist非编码RNA决定。在胚胎干细胞分化过程中，Xist表示和H3K27me3、H4K20me1、DAN甲基化相关。胚胎组织随机X染色体失活是由DNA甲基化控制，而胚外组织对于已经印记X染色体失活维持是依赖Eed功效和Xist表示，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一样机制引发，这些机制中就包含组蛋白甲基化。甲基化和肿瘤第31页组蛋白甲基化与肿瘤组蛋白甲基化状态与基因表示相关，所以肿瘤细胞也存在组蛋白甲基化异常，以下表。

甲基化和肿瘤第32页组蛋白甲基化与肿瘤RIZ1（PRDM2）含有H3K9位甲基转移酶活性，研究发觉在一些肿瘤，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，而其失活有引发G2-M期细胞周期延长，凋亡抑制，所以推测H3K9位组蛋白甲基转移酶可能含有肿瘤抑制功效，它功效缺失可能参加癌症发生过程。甲基化和肿瘤第33页组蛋白甲基化与肿瘤Suv39h1/2剔除鼠基因不稳定，染色体错误分离，造成B细胞淋巴瘤。人Suv39h1/2与视网膜胶质瘤蛋白RB共同调整周期蛋白E（cyclineE）基因表示，Suv39h1/2功效下调可能造成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分化。MLL1甲基转移酶突变与各种类型白血病相关。结肠癌和肝癌细胞中SMYD3甲基转移酶过表示，前列腺癌、淋巴瘤、乳腺癌中EZH2甲基转移酶高表示，这些研究说明组蛋白甲基转移酶异常可能从参加实体肿瘤发生。甲基化和肿瘤第34页肿瘤表观遗传学临床意义一、CpG岛高甲基化用于肿瘤诊疗近年来广泛定位确定了越来越多癌症中异常过甲基化基因CpG岛，包含了多数人类癌症形成。这些DNA甲基化图使人们发觉定义不一样癌症发生甲基化CpG岛独特外形，从而可能制作一个全方面人类每种癌症“甲基型”或“DNA甲基化署名”。比如，直结肠癌中p16INK4a、p14ARF、APC和MGMT存在过甲基化，而非经典子宫内膜增生中hMLH1异常甲基化。所以，异常CpG岛甲基化存在可用于早期筛查，在家族癌症发生高危人群中甲基化和肿瘤第35页尤其有用，因为它们有和散发病例相同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品首选靶点，如BCNU（卡氮芥）、丙卡巴肼、替莫唑胺。所以，因过甲基化而失去MGMT肿瘤可能对这些烷化剂更敏感，因为在癌细胞中，它们DNA损害不可能被修复，从而造成细