Локальное гиперметилирование в опухолевой клетке

распространяется на относительно небольшую часть (~20%) CpG динуклеотидов, которые образуют CpG-островки, располагаются, как правило, вблизи регуляторных областей генов и имеют в нормальных клетках неметилированный статус.

Ниже приведена краткая характеристика некоторых генов, инактивация которых в опухолевых клетках происходит во многих случаях путем гиперметилирования регуляторной области.

Ген кальцитонина. Первый ген, для которого было показано, что он имеет в промоторе CpG-островок, гиперметилированный у человека в лимфомах и при раке легкого (Baylin et al. 1986). Дальнейшие исследования продемонстрировали, что CpG-островок кальцитонина интенсивно метилирован во многих солидных опухолях человека, при лейкозах и в клеточных линиях, трансформированных различными вирусами (см. обзор Herman 1999). Хотя роль этого гена в процессе канцерогенеза до сих пор остается не выясненной, наблюдаемые в нем изменения характера метилирования инициировали поиски функционально более значимых мишеней аберрантного метилирования CpG-островков.

Ген Rb1. Ген ретинобластомы - первый классический ген-супрессор, у которого обнаружено гиперметилирование CpG-островка. Примерно у 10­15% больных со спорадической формой ретинобластомы происходит гиперметилирование CpG-островка, расположенного в промоторе Rb1. Также показано, что метилирование CpG-островка Rb1 in vitro напрямую блокирует активацию промотора транс-активирующими транскрипционными факторами и значительно снижает уровень экспрессии (Ohtani-Fujita et al.

Ген VHL (von Hippel-Lindau). Ген-супрессор, повреждения которого часто регистрируют при светлоклеточной карциноме почек. Примерно в 20% случаев спорадической светлоклеточной карциномы почек гиперметилирование CpG-островка в промоторе одного аллеля этого гена сочетается с соматическими мутациями или потерей другого аллеля (Herman et al. 1994). Подобно гену Rb1, гиперметилирование CpG-островка VHL наблюдается только в двух типах опухолей, а именно в светлоклеточной карциноме почек и гемангиобластоме, и не обнаруживается в других типах опухолей, включая и другие типы опухоли почки.

Ген р16 (INK4A) кодирует ингибитор циклинзависимой киназы, блокирующий сигнальный путь cyclin D - Rb. Утрата этого белка или его инактивация ведут к тому, что клетка теряет контроль над клеточным циклом: циклинзависимая киназа фосфорилирует Rb, в результате чего из неактивного комплекса высвобождаются факторы транскрипции B2F. В итоге активируются гены, обусловливающие вхождение клетки в фазу S клеточного цикла. При этом повреждение данного сигнального пути происходит практически во всех опухолях, путем нарушения функций либо гена р16, либо гена Rb1, но никогда сразу обоих названных генов. Случаи гиперметилирования CpG-островка в 5'-области гена р16 составляют от 20 до 67% солидных опухолей человека разной локализации (см. обзор Baylin et al.

1998).

Локус INK4A/ARF. Кодирует два различных белка (р16 и ARF), которые в качестве супрессоров играют существенную роль в регуляции клеточного цикла. Первый участвует в Rb-сигнальном пути, а второй ингибирует белок MDM2, индуцирующий деградацию р53, и, таким образом, повышает уровень функционального р53.

Ген р15 (INK4E). Расположен вблизи гена р16, обладает высокой гомологией с ним, также является ингибитором циклинзависимой киназы и экспрессируется в ответ на рост-ингибирующее действие TGF-p. В отличие от гена р16 гиперметилирование промоторного CpG-островка гена р15 в солидных опухолях - событие редкое, тогда как в гематопоэтических новообразованиях оно становится доминирующим способом инактивации данного гена-супрессора (см. обзор Baylin et al. 1998).

Семейство гена p53 (ТР53). Ген p53 играет важную роль «хранителя генома» и нарушения в его функционировании идентифицированы не менее чем в половине случаев рака человека. Этот ген не содержит в своей промоторной части CpG-островка, поэтому, вклад метилирования в инактивацию p53 обусловлен не эпигенетическим, как для других генов, а генетическим механизмом. Одиночные метилированные CpG динуклеотиды в значительном числе присутствуют в кодирующей последовательности гена и, в силу гипермутабельности 5-метилцитозина, участвуют в замене пары G:C на A:T. Так примерно треть из более, чем 300 мутаций, зарегистрированных в гене p53, принадлежит к этому типу.

Для гена p73 (гомолога p53), содержащего в своей промоторной части типичный CpG-островок, мутации, столь характерные для p53, не свойственны. Гиперметилирование этого гена и ассоциированная с ним потеря экспрессии обнаружены при остром лимфобластном лейкозе и лимфомах (см. обзор Herman 1999).

Ген E-cadherin. Семейство генов кадхеринов кодирует белки, расположенные на клеточной поверхности и принимающие участие в межклеточных контактах. Они являются регуляторами клеточного размножения и дифференцировки, воздействуя на активность ряда генов через сигнальный путь Р-катенин - транскрипционный фактор Lef/Tcf. Ассоциация рядом расположенных эпителиальных клеток посредством мостика из молекул Е-кадхерина инициирует анти-ростовой сигнал, направленный внутрь клетки (см.

Ген рецептора эстрогенов (ER) является геном-супрессором, модулирующим клеточный рост и дифференцировку. Функциональная инактивация ER считается главной причиной гормональной резистентности клеток рака молочной железы (Baylin et al. 1998). В промоторной области гена ER имеется CpG-островок, гиперметилирование которого характерно для опухолей молочной железы, не экспресирующих эстрогеновый рецептор (см. обзор Herman 1999). Отмечена четкая ассоциация гиперметилирования CpG-островка гена ER со многими видами опухолей человека, в частности с карциномой толстого кишечника и лейкемиями.

Ген HIC-1 (hypermethylated in cancer) кодирует белок, относящийся к семейству транскрипционных факторов с последовательностью «цинкового пальца». Предположительно является геном-супрессором. Гипермети­лирование CpG-островка этого гена отмечено во многих опухолях человека и ассоциировано со снижением его экспрессии. В промоторной зоне HIC-1 содержится сайт связывания р53, что предполагает его участие в этом сигнальном пути (Baylin et al. 1998).

Ген GST-n. Глутатион^трансфераза п класса относится к группе изоферментов, играющих важную роль в защите клеток от цитотоксических и канцерогенных агентов. Гиперметилирование промоторной зоны гена присутствует в подавляющем числе случаев рака простаты, является причиной потери экспрессии GST-п в этих опухолях и представляет собой характерный маркер этой формы опухоли (Lee et al. 1994). Метилирование гена GST-п обнаружено также при раке печени (Zhong et al. 2002), молочной железы и почек (Esteller et al.

Ген BRCA1. Белок, кодируемый этим геном, участвует в репарации повреждений ДНК. Исследования гена-супрессора BRCA1, повреждение которого увеличивает вероятность возникновения рака молочной железы, показало, что при спорадических формах этого рака в данном гене отсутствуют мутации. Это заставило предположить участие метилирования в его инактивации. Действительно, гиперметилирование CpG-островка этого гена было продемонстрировано в ряде случаев рака молочной железы, в клеточных линиях рака молочной железы, а также в клетках рака яичников. В противоположность гену BRCA1, гиперметилирвание CpG-островка его функционального гомолога BRCA2 в тех же опухолях не обнаружено (см. обзор Herman 1999).

Ген MLH1. Продукт этого гена участвует в репарации неспаренных оснований, возникающих в результате ошибок ДНК полимеразы. Инактивация MLH1 ведет к накоплению мутаций в коротких повторяющихся (микросателлитных) последовательностях. Его мутации обнаруживают у больных наследственным неполипозным раком толстой и прямой кишки. В случае спорадической формы этого рака потеря функциональной активности гена MLH1 часто связана с метилированием его CpG-островка. Установлено, что микросателлитная нестабильность при спорадической форме рака толстого кишечника, эндометрия и желудка в большинстве случаев также обусловлена этой причиной (см. обзор Herman 1999).

Ген MGMT кодирует фермент О6-метилгуанин-метилтрансферазу, принимающую участие в репарации ДНК. Ранние работы не обнаруживали взаимосвязи между метилированием и потерей экспрессии данного гена в культурах клеток, однако, в дальнейшем было показано, что гиперметилирование CpG-островка гена MGMT ассоциировано с инактивацией его транскрипции и сопровождается перестройкой структуры хроматина в неактивное состояние (см. обзор Herman 1999). Метилирование регуляторной области MGMT характерно для рака толстого кишечника, легкого, некоторых типов лимфом и опухолей мозга (Esteller et al. 1999), а также для карцином печени (Zhang et al.

Ген CACNA1G кодирует белок кальциевого канала Т-типа (Toyota et al. 1999). Расположен на хромосоме 17 в зоне 17q21, где при различных формах злокачественных новообразований человека отмечен феномен потери гетерозиготности. Ген экспрессируется в нормальной слизистой толстого кишечника и в клетках костного мозга, но в опухолях толстой и прямой кишки, желудка и при остром миелоидном лейкозе его транскрипция подавлена из-за метилирования CpG-островка. Предполагают, что CACNA1G регулирует потоки кальция в клетке, что имеет непосредственное отношение к клеточной пролиферации и апоптозу.

Ген THBS1 . Ген тромбоспондина-1, кодирующий ингибитор ангиогенеза, экспрессируется во многих тканях и регулируется продуктами генов ТР53 и RB. Снижение экспрессии гена THBS1 отмечено во многих опухолях, а восстановление его экспрессии в клетках рака молочной железы замедляет рост опухоли, ангиогенез и метастазирование. До сих пор не обнаружено мутаций, делеций или транслокаций этого гена в опухолях человека. Гиперметилирование CpG-островка и сопряженная с ним инактивация THBS1 отмечены в глиомах (Li et al. 1999).