Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает - Манель Эстейер
В этих ситуациях ткань не обогащается клетками с нарушенным метилированием, потому что метилирование в этих генах не дает никакого преимущества, так как речь идет о генах, незначительных с точки зрения пролиферации. Но некоторые гены необходимы, чтобы обязать клетки уважать законы организма. Необходимы, например, гены, которые в условиях нормального функционирования не позволяют клеткам бесконтрольно делиться. Другие гены, также очень нужные организму, отвечают за сведение до минимума риска мутации, которая может угрожать функционированию системы. Гиперметилирование всех этих генов выключает их экспрессию, и, как следствие, клетка превращается в раковую.
Например, ген BRCA1 гиперметилирован в опухолях молочной железы и яичника исключительно потому, что в этих опухолях отсутствие РНК гена BRCA1 имеет важные последствия, которые не выявляются в других тканях.
Похожее объяснение можно найти в случае с геном MLH1: эпигенетический сайленсинг этого гена бывает исключительно в опухолях толстой кишки, желудка и эндометрия, но его инактивация дает преимущество в этих тканях, мы объясним это далее. Эту дарвиновскую концепцию подтверждают классические генетические исследования. Мутации гена BRCA1 преобладают в опухолях яичников и молочной железы. В свою очередь, мутации в MLH1 происходят при колоректальном раке, раке желудка и карциноме эндометрия: существует идеальное соотношение между миром генетики и эпигенетики.
При изучении профиля метилирования опухолевой ткани оказывается, что все эти гены, важные для поддержания клетки в строю, гиперметилированы. Метилирование дало опухолевым клеткам преимущество перед неметилированными. В данном случае метилирование можно сравнить с воздействием мутаций, потому что они передаются из поколения в поколение.
Наконец, стоит напомнить, что рак — такая же болезнь, как и другие, с множеством путей развития и генных повреждений, которые необходимы, чтобы управлять развитием опухоли. Так что фенотип одной раковой клетки является следствием как минимум двух типов обстоятельств: генетических изменений (выраженных мутациями, делециями, расширениями или перемещениями участков ДНК) и эпигенетических отклонений, которые изменяют наследование состояний генной экспрессии. Последние обусловлены в основном формированием хроматина вокруг начальных точек генной транскрипции, связанных с метилированием CpG-островков, что происходит и в случае эпигенетических повреждений.
Метилотипы рака
Наличие гиперметилирования CpG-островков влияет на гены, задействованные в клеточном цикле (pl6INK4a, pl5INK4b, Rb, pl4ARF), в репарации ДНК (BRCA1, hMLHl, MGMT), в канцерогенном метаболизме (GSTP1), в межклеточном соединении (CDH1, CDH13), в апоптозе (DAPK,TMS1) и т. д.
Делеция — особый тип структурной хромосомной аномалии, который заключается в удалении участка ДНК из хромосомы.
На протяжении последних трех лет количество идентифицированных генов, гиперметилированных при раке, значительно увеличилось. Действительно, изучение эпигенетически инактивированных генов при онкозаболеваниях стало так же важно, как и изучение генов, инактивированных из-за мутаций. В результате стали появляться лаборатории, которые занимаются охотой на новые метилированные гены, так как характеристика того, что называется «метилотип» при разных типах рака, стало приоритетным объектом изучения.
В последние годы начали использовать анализ мутаций, например маркеров рака, в целях диагностики. Метилирование CpG-островков, возможно, вскоре станет очень ценным маркером. Одним из его преимуществ (по сравнению с использованием генетических маркеров, которые появляются в разных местах) является то, что гиперметилирование всегда происходит в одной конкретной зоне. Кроме того, обнаружение гиперметилирования — хороший знак как маркер аккумуляции нормальных клеток, в то время как генетическое отклонение сопровождается фоновым шумом, который усложняет его обнаружение. Три клинические процедуры выигрывают от маркеров, основанных на гиперметилировании: обнаружение, определение доброкачественности опухоли и лечение.
Анализ аберрантного метилирования CpG-островков многих генов позволил получить карты с профилями метилирования генов в различных тканях. Эти карты содержат только неметилированные гены в здоровых клетках. Появление быстрых и простых методов обнаружения гиперметилирования генов может использоваться как орудие для выявления раковых клеток в лимфатических узлах, слюне, моче и семени. Таким образом, мы получаем ДНК из этих легкодоступных образцов, а статус метилирования CpG-островков может быть использован для определения наличия раковых клеток. Возможность выявить гиперметилирование из жидкостей или плазмы онкопациентов побуждает академические организации объединиться в консорциумы для изучения и разработки новых маркеров для использования в клинических целях.
А сейчас повторим
Метилирование происходит только в контексте CpG?
Последние исследования, проведенные на уровне полных геномов, позволяют утверждать, что в определенных типах клеток, например в клетках нервной ткани, происходит метилирование не только цитозина, за которым следует гуанин (CpG), но и в других контекстах, например цитозина, за которым следует аденин. Это будет важно в момент определения, с какими именно белками объединится эта метилированная ДНК.
Почему метилирование ДНК способно подавлять гены?
Метилирование ДНК способно блокировать факторы транскрипции (объединения определенных белков), не-
обходимые для активации гена. Кроме того, метилированная ДНК может служить плацдармом для рекрутирования других белков, которые действуют как репрессоры транскрипции.
Всегда ли метилирование связано с репрессией генов?
В целом метилирование ДНК связывалось с тем, что гены выключены и подавлены. Хотя на некоторых участках оно связано с большей активностью гена.
Глава 12
Лекарства, перепрограммируюгцие опухоли
Что такое эпигенетическая терапия? В онкогенезе, то есть в формировании опухоли, эпигенетическая инактивация генов с помощью метилирования ДНК — такой же важный механизм, как и их инактивация из-за мутации.
Недавно ученые из британского Института исследований рака с базой в Саттоне (Лондон) заявили, что эпигенетическая инактивация генов — это большая движущая сила, чем инактивация генетическая. По их словам: «This is Just a mayor, mayor way in which tumors turn off genes they don’t want expressed» («Это как раз главный способ, которым опухоли выключают гены, экспрессия которых нежелательна»). То есть как будто бы опухолевая клетка сама выбирает гены, которые не должны быть экспрессированы, чтобы быть более онкогенной. Это утверждение показалось бы еретическим всего несколько лет назад, но в настоящее время большая часть исследователей признает, что метилирование ДНК (которому отведено много места в «Базовом пособии по эпигенетике») и, следовательно, хроматина играет центральную роль при раковых заболеваниях.
Ингибиторы DNMT
Таким образом, метилирование CpG-островков также является кандидатом на точку приложения терапевтического лечения опухолей, и поэтому использование препаратов, которые вызывают прогрессирующее деметилирование, стало точкой отсчета для новых методов лечения.
До этого момента внимание исследователей было сконцентрировано преимущественно на методах лечения, основанных на обратимости метилирования как способе запустить гены, которые были инактивированы метилированием. Эта обратимость контролируется с помощью ингибиторов DNMT. Однако необходимо понимать, является ли ингибирование метилирования ДНК токсичным для клеток, так как
