DNA甲基化与癌症.ppt

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1、DNA甲基化与癌症,福建医科大学 李丹,DNA甲基化,DNA甲基化是通过DNA甲基转移酶（DNMTs）将甲基从S-腺苷蛋氨酸转移到胞嘧啶的5位来完成的，参与调控基因的表达和细胞分化的过程，在哺乳动物的发育中有重要的作用。 其特点有： DNA甲基化是重要的表观遗传修饰 主要发生在DNA的CpG岛 通过DNA甲基转移酶（DNMTs）来完成 可分为高甲基化和低甲基化,DNA的高甲基化与低甲基化,高甲基化：意味着基因的沉默 低甲基化：意味着基因的激活,基因突变与DNA甲基化,对不同肿瘤细胞的DNA分析表明，癌变细胞中出现基因突变的概率要远远低于预期，而在转录组范围内检测结肠直肠癌中由启动子高甲基化引起

2、的基因表达抑制，发现高达5% 的已知基因在肿瘤细胞中发生了异常的启动子高甲基化。 因此可以推测，与基因突变相比，DNA甲基化改变在细胞恶变过程中可能发挥了更大的作用。,肿瘤细胞具有以下特征：,1.逃避细胞死亡( resisting cell death ) 2.对生长抑制信号不敏感( evading growth suppressors ) 3.诱导新血管生成( inducing angiogenesis) 4.无限的复制潜能（enabling replicative immortality) 5.组织浸润和转移（activating invasion and metastasis) 6.持续

3、的增殖信号（sustaining proliferative signaling) 近几年的研究发现，特定基因的DNA高甲基化在这些过程中均发挥重要作用,1.DNA甲基化与肿瘤细胞逃避细胞死亡机制,p53基因是一个重要的抑癌基因，可以促使损伤细胞发生凋亡,INK4a /ARF 基因启 动子区域的甲基化,使p14ARF 表达下降,MDM2 表达上升,结合p53,使p53发生蛋白 质水平的降解,使细胞逃离p53 引起的凋亡,（p14ARF的作用 是抑制MDM2表达）,1.DNA甲基化与肿瘤细胞逃避细胞死亡机制,BNIP3，是一个凋亡相关因子，它定位于线粒体，可以诱导细胞在缺氧情况下发生凋亡,BNI

4、P3 启动子 区高甲基化,引起BNIP3 表达沉默,导致细胞逃避 缺氧时的凋亡,2.DNA甲基化与肿瘤细胞对生长抑制信号不敏感机制,细胞生长抑制因子对细胞生长的调控存在多种机制，其中由pRb 参与的G1 / S 检测点调控尤其重 要。正常情况下：,p16蛋白,CDK4 /6,结合,CDK 复合物与 周期蛋白D结合,阻止,pRb不 能磷酸化,促使,未磷酸化 的pRb,E2F,结合,阻止细胞从G1 期进入S 期,起到抑制细胞 生长的作用,2.DNA甲基化与肿瘤细胞对生长抑制信号不敏感机制,DNA甲基化发生时：,p16 基因的启 动子区域甲基化,p16 蛋白表达 受到抑制,TGF生长抑制信 号通路失

5、去作用,肿瘤细胞 异常生长,在丙肝病毒感染的肝细胞中，发现了丙肝病毒的核心蛋白(core protein)可引起p16基因启动子的甲基化，p16表达水平下降从而促进了细胞的分裂，在丙肝诱导的肝癌中起着重要的作用。,3.DNA甲基化与诱导新血管生成机制,新血管的生成是癌症发生中重要的步骤，新血 管生成首先需要金属蛋白酶分解细胞外基质，再通过血管内皮生长因子(VEGF) 来诱导血管生成,组织金属蛋白 酶抑制剂3 （TIMP3）,抑制金属蛋 白酶的活性,与VEFGR2 结合,阻止 血管生成,肿瘤细胞中TIMP3 的下调有一部分原因是由于启动子 区域的甲基化引起的,4.DNA甲基化与肿瘤细胞无限复制潜

6、能的机制,癌细胞无限的复制潜能主要与端粒酶活性的升高有关； 端粒酶可以利用RNA 逆转录DNA，解决DNA 复制时末端缺失的问题； 正常情况下端粒酶只有在受精卵和干细胞中才有活性，而肿瘤细胞大多具有高活性的端粒酶； 端粒酶的重要组成部分人端粒酶逆转录酶(hTERT) 的活性与端粒酶活性高度相关。,4.DNA甲基化与肿瘤细胞无限复制潜能的机制,DNA甲基化发生时：,启动子区域特异 性位置甲基化,人端粒酶逆转录 酶（hTERT）激活,端粒酶活 性升高,癌细胞无限复制 潜能激活,既往认为hTERT 的激活依赖于启动子区域的甲基化，是至今唯一发现的因甲基化而激活的基因。但最近的研究表明，引起hTERT

7、激活的启动子甲基化有位置特异性，即与启动子特定部位的甲基化及相关区域整体的非甲基化相关,5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制,组织浸润和转移是细胞恶变的重要特征，近年来这方面的研究进展迅速，细胞骨架的异常调节与肿瘤转移密切相关 正常情况下，由-连环蛋白把-连环蛋白和E-cadherin 固定到胞内肌动蛋白纤维上来加固细胞连接 E-cadherin表达下降是通过启动子区域的甲基化来实现的 氮胞苷( DNA 甲基化酶抑制剂) 可以上调E-cadherin的表达 转移的癌细胞E-cadherin 普遍表达下降,5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制,KiSS-1 是近年发现的一个重要的肿瘤

8、转移抑制基因,KiSS-1,促进E-cadherin 表达,抑制IV 型 胶原酶,抑制 肿瘤转移,启动子甲基化所导致的KiSS-1 表达抑制在胃癌、膀胱癌、肝癌的转移中都有重要的作用,5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制,抑癌基因LZTS1 在一项针对乳腺癌的研究中发现，抑癌基因LZTS1 的启动子甲基化所导致的表达下降与乳腺癌的淋巴结转移相关 LZTS1 启动子区甲基化引起的表达下降在前列腺癌、非小细胞型肺癌、胃癌、乳腺癌中都与预后不良相关,5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制,DFNA5 是一个新发现的乳腺癌相关基因,DFNA5,甲基化后， 其表达抑制,正常情况下可以 促进细胞

9、淍亡,导致肿瘤细 胞转移几率增大,6.DNA甲基化与肿瘤细胞持续的增殖信号的机 制,大部分的癌细胞不需要外界的生长刺激因子的作用就可以完成增殖，原因是细胞内的信号转导通 路发生了变化，导致促增殖因子作用的增强。 SFRPs基因家族编码的蛋白抑制Wnt 通路,6.DNA甲基化与肿瘤细胞持续的增殖信号的机 制,DNA甲基化发生时：,SFRPs 的启动子 区域的高甲基化,SFRPs 表达,抑制,刺激 细胞分裂,促进,Wnt 通路的 过度激活,因而细胞在不需要外界生长刺激因子 的作用下就可以不断增殖,7.microRNA的高甲基化与癌症,microRNA microRNA( miRNA) 是细胞内一种

10、重要的非编码RNA，其功能主要是通过与mRNA 的3UTR 序列互补结合而抑制mRNA 的翻译。 miRNA 在调节细胞内的蛋白质表达水平过程中发挥重要的作用,7.microRNA的高甲基化与癌症,已发现多种miRNA 在肿瘤细胞中因启动子区高甲基化而导致转录抑制。 这些miRNA 的靶基因中包含一些促分裂增殖的癌基因。 miRNA 表达下降使这些癌基因编码的蛋白质表达升高，从而加速肿瘤的发生发展。,7.microRNA的高甲基化与癌症,在结肠直肠癌细胞系HCT-116 中：,miR-124a 的启动子 区异常高甲基化,miR-124a 表达减少,导致其靶基因 CDK6 过表达,促进 肿瘤发生

11、,7.microRNA的高甲基化与癌症,在急性髓样淋巴瘤中：,miR-193a的启动子 区异常高甲基化,miR-193a 表达减少,其靶基因c-kit 过表达,促进 肿瘤发生,7.microRNA的高甲基化与癌症,乳腺癌中，miR-355 可以抑制乳腺癌细胞的转移，因为miR-355 可以抑制SOX4 基因表达引起的细胞外基质的酶解。 miR-129-2 是另一个和SOX4 表达沉默有关的miRNA，在结肠直肠癌和胃癌中都发现了miR-129-2 的启动子区域高甲基化现象。,DNA 去( 低) 甲基化与癌症,与癌症发生过程中DNA 的甲基化不同，DNA的去甲基化包括： 1. 特定基因的甲基化水

12、平降低 2. 基因组范围整体DNA 甲基化的降低 2.1 影响染色体稳定性和基因组完整性 2.2 影响重复序列的表达,DNA 甲基化与癌症的诊断,表观遗传学的改变是细胞癌变的重要特征之一，因此，细胞DNA 甲基化的变化可以作为癌症早期诊断的重要依据 细胞DNA甲基化水平的检测: 甲基化特异的PCR 技术( methylation-specific PCR，MSP) 由于MSP 的高敏感性，对于癌症的早期诊断鉴别非常有利,DNA 甲基化与癌症的诊断,DNA 甲基化与癌症的诊断的优点： 稳定性好； 有组织特异性； 易于检测； 且其异常程度常与癌症的进展相关,DNA 甲基化与癌症的诊断,在许多癌症中

13、都已经发现了癌症相关基因甲基化水平的改变：如 外周血细胞的DNA 低甲基化与膀胱癌的发生密切相关 CDH13、MYOD1、MGMT、P16INK4b 和RASSF1A 基因的甲基化水平在常见的膀胱癌、直肠癌、肺癌、肝癌等细胞中都表现出了明显的改变 在非小细胞肺癌中，TFPI-2 基因的甲基化通常意味着较差的预后,DNA 甲基化与癌症治疗,与基因的突变不同，表观遗传学的改 变大都是可逆的，因此，利用药物来改变 细胞的表观遗传学状态可能是治疗癌症 的一条新途径,DNA 甲基化与癌症治疗,目前的甲基化酶抑制剂主要有zebularine 和5-aza-2-deoxycytidine( 5-ADC)：

14、5-ADC 在试验中显示了对骨髓增生症、白血病和实体肿瘤都有明显的疗效 Zebularine是一种很有希望的口服DNMT 抑制剂，在小鼠的肠癌模型中能够明显减少息肉的数量,DNA 甲基化与癌症治疗,基化抑制剂如5-fluorodeoxycytidine( FdCyd) ，N4- NPEOCDAC， RG108和epigallocatechin- 3-gallate ( EGCG) 在实验中均表现出了对肿瘤的抑制作用。 DNA 甲基化抑制剂的研究才刚刚起步，但已表现出巨大的潜力，可以预想在将来会成为癌症治疗的一个重要方面,结语,越来越多的研究表明，DNA 的甲基化异常和癌症的发生发展有着密切的关系。 无论是异常的DNA高甲基化还是低甲基化都会导致基因的表达异常，从而促进了癌症的发生。,结语,同时，DNA 的甲基化改变也为癌症的诊断和治疗提供了一条新的途径。通过检测DNA 甲基化可以提前发现癌变; 通过纠正DNA 甲基化异常则可能逆转细胞的恶变。,结语,进一步阐明肿瘤细胞特异DNA 甲基化改变的机制及与肿瘤发生发展的关系，将为最终攻克肿瘤治疗难题提供新的思路。,谢谢 !,