Мобильные элементы генома, короткие РНК и рак
Особняком стоит вопрос о роли подвижных элементов генома в возникновении рака. Остановимся, с одной стороны, на исследованиях, показывающих ассоциацию случаев канцерогенеза с дерепрессией мобильных элементов, а с другой - на механизмах их сайленсинга с участием коротких РНК.
В первую очередь обычно рассматривается потенциальное влияние на прогрессию опухолей ретротранспозонов семейства L1 , не обладающих длинными концевыми повторами (элементы класса LINE ). Элементы LINE составляют 17% генома человека, и приблизительно 100 их копий потенциально способны к автономным перемещениям [ Kazazian, 2002 , Brouha, 2003 ]. Обратная транскриптаза и эндонуклеаза, кодируемые элементами L1 , могут обеспечивать перемещения неавтономных ретроэлементов Alu (приблизительно миллион копий у человека) и SVA (приблизительно 5000 копий) [ International Human Genome Sequencing Consortiun, 2001 ]. Наличие в клетках обратной транскриптазы, кодируемой как этими элементами, так и эндогенными ретровирусами, рассматривается как функциональная характеристика опухолеродных клеток [ Sinibaldi-Vallebona, 2006 ]. В двух сублиниях клеток меланомы , полученных от одной родительской линии, пролиферативный потенциал и опухолеродность положительно коррелировали с уровнями экспрессии элементов L1 [ Oricchio, 2007 ].
Активация транскрипции L1 может каким-то образом стимулировать инициацию и прогрессию опухолей [ Collier, 2006 ]. Подавление обратной транскриптазы по механизму РНКи снижало пролиферацию и способствовало дифференцировке в ряде клеточных линий раковых клеток [ Spadafora, 2004 , Sciamanna, 2005 ]. Вклад перемещений L1 в инсерционный мутагенез, сопровождаемый болезнями человека, оказывается заметным [ Chen, 2005 ].
Хотя роль L1 в возникновении рака далеко не первостепенна, тем не менее была описана ассоциация опухолеобразований с внедрением L1 в протоонкоген или ген-супрессор [ Wang, 2001 , Miki, 1992 ].
Отметим также, что перемещения L1, в особенности дефекты этих перемещений, могут приводить к двунитевым разрывам ДНК [ Gasior, 2006 ], сопровождающимися характерной для раковых клеток генетической нестабильностью [ Symer, 2002 ].
Обсуждается возможность подавления экспрессии L1 с помощью siPHK . Показано, что антисмысловой промотор L1 необходим для образования дцРНК, которая in vitro может процессироваться с помощью Dicer до siPHK , подавляющих экспрессию искусственных конструкций с транскрибируемыми последовательностями L1 [ Yang, 2006 ].
Было также обнаружено, что РНК-связывающий белок, кодируемый L1 и необходимый для перемещения элемента, связан с белками AGO2 и FMRP (fragile mental retardation protein) эффекторного комплекса RISC [ Goodier, 2007 ]. Это указывает на роль системы РНКи в регуляции перемещений LINE элементов у человека.
Экспрессия подвижных элементов в геномах эукариот может регулироваться с помощью эпигеномных модификаций. У млекопитающих сайленсинг ретротранспозонов , включая и элементы типа L1 , осуществляется в результате их метилирования по сайтам CpG [ Bourc'his, 2004 ]. Нарушение метилирования мобильных элементов является триггером их экспрессии [ Carnell, 2003 ]. Прогрессия опухолей, сопровождающаяся глобальным снижением метилирования генома , коррелирует с повышенной транскрипцией ретротранспозонов в раковых клетках [ Roman-Gomez, 2005 , Schulz, 2006 ]. Предполагается, что снижение метилирования L1 может быть связано с индукцией карциномы мочевого пузыря [ Jurgens, 1996 ]. Оказалось, что метилирование L1 в тканях зародышевого пути мышей определяется функционированием особой системы сайленсинга , использующей вновь открытый тип коротких РНК (со средним размером 26-30 нуклеотидов) [ Aravin, 2007 ]. Этот класс коротких РНК в отличие от siPHK и миРНК обозначают как piPHK , поскольку их функционирование определяется белками подсемейства PIWI - структурными вариантами большого семейства белков Argonaute [ O'Donnell, 2007 , Hartig, 2007b ].
Мутации в генах, кодирующих у мышей белки Piwi, приводят к дерепрессии и деметилированию не только элементов L1, но и других ретротранспозонов , обладающих, как и ретровирусы, длинными концевыми повторами. При перемещении ретротранспозонов возникают двунитевые разрывы, сопровождающиеся образованием внутриядерных компартментов репарации - индикаторов двунитевых разрывов [ Carmell, 2007 ].
Роль коротких РНК в подавлении экспрессии мобильных элементов в тканях зародышевого пути, в том числе в их сайленсинге на уровне хроматина, более детально исследована у дрозофилы [ Кленов, 2007 , Klenov, 2007 , Klenov, 2007 , Klenov, 2007 ]. Судя по результатам исследований, piPHK , по-видимому, образуются из длинных однонитевых транскриптов без участия белка Dicer [ Vagin, 2006 , Brennecke, 2007 ].
Функционирование белков семейства PIWI как у позвоночных, так и у дрозофилы приурочено к тканям зародышевого пути , где перемещения мобильных элементов - источники геномной нестабильности - рассматриваются как особенно опасные. Высокий уровень экспрессии L1 отмечается в опухолях, произошедших из терминальных тканей человека [ Hoffmann, 2005 ], а снижение их метилирования показано для разных типов опухолей человека [ Chalitchagorn, 2004 ]. По-видимому, piРНК играют важную роль в эпигеномной регуляции экспрессии ретротранспозонов в терминальных тканях.
