Потеря сайленсинга генов в ранних стадиях развития рака
Как уже говорилось в предыдущем разделе, потери импринтинга (LOI) и сайленсинга генов - оказываются крайне важными для ранних стадий развития рака.
Эпигенетический сайленсинг генов, обычный неопластический переход, происходит на ранних фазах неопластического развития. Это очень тесно связано с вопросами о роли клеточного стресса и экспозиции в развитии болезненных состояний. Часто оказывается, что гены, участвующие в процессе, устанавливают те стадии, на которых клетки, подвергнутые стрессу, выживают при повреждении ДНК и(или) хронических нарушениях, увеличиваются, как клон стволовых или прогениторных клеток и затем делаются предрасположенными к более поздним генетическим и эпигенетическим событиям, чтобы осуществить развитие опухоли ( рис. 24.5 ).
Первое свидетельство такого участия исходит из данных по нескольким классичесим генам-супрессорам опухоли , которые могут быть либо мутантными, либо эпигенетически сайленсированными в раковых опухолях человека. Например, эпигенетический сайленсинг гена p16(ink4a) очень рано осуществляется в популяциях предмалигнизованных клеток , во время начальных изменений, которые предваряют образование опухолей, таких, например, как рак легких ( Belinsky et al., 1998 ), а также в маленьких популяциях гиперпластических эпителиальных клеток нормальных во всем остальном молочных желез некоторых женщин ( Hoist et al., 2003 ). В эксперименте, когда нормальные человеческие клетки эпителия молочной железы выращиваются в культуре (на пластике), этот тип сайленсинга гена р16 является предпосылкой для самых начальных этапов трансформации клеток ( Kiyono et al., 1998 ; Romanov et al., 2001 ). Такая потеря функции гена сопровождает неспособность групп клеток молочной железы достичь точки смертности и, по мере того, как эти клетки продолжают пролиферировать, в них развиваются усиливающиеся хромосомные аномалии и экспрессия теломеразы .
Второй пример касается MLH1 , гена, устраняющего неправильное спаривание оснований. Этот ген мутирует в зародышевой линии тех семей, члены которых предрасположены к раку толстой кишки , такого типа, при котором имеются множественные генетические изменения; это называется фенотип "микросаттелитной" нестабильности ( Liu et al., 1995 ). Однако, 10-15% пациентов с несемейным раком толстой кишки, также имеют опухоли с таким фенотипом, и в большинстве этих раковых опухолей обнаруживается эпигенетический сайленсинг немутировавшего гена MLH1 ( Herman et al., 1998 ; Veigl et al., 1998 ). В культуре клеток реэкспрессия этого "молчащего" гена MLH1 вызывает появление вновь функционального белка, который восстанавливает значительную часть поврежденной способности репарировать неправильно спаренные основания ( Herman et al., 1998 ).
Было показано, что ген Chfr , регулирующий чекпойнт, который также контролирует еще один тип целостности генома, хромосомную стабильность и плоидность , мутирует в опухолях, но чаще проявляет эпигенетический сайленсинг при раке легких и других видах рака, и, что особенно важно, на ранних стадиях развития рака толстой кишки ( Mizuno et al., 2002 ). Изучение нокаутных мышей выявило роль этого гена, как супрессора опухоли, основываясь на его функции как убиквитинлигазы ЕЗ , которая регулирует Aurora A - ген, контролирующий митоз. Эмбриональные клетки мыши характеризуются хромосомной нестабильностью и предрасположенностью к трансформации.
Поскольку список гиперметилированных генов при раке расширился, ключевые события сайленсинга на ранних стадиях развития опухоли определяются теперь для возможных генов-супрессоров опухоли , у которых имеется лишь история эпигенетических изменений, но не мутаций. Например, сайленсинг гена репарации ДНК 06-MGMT происходит на ранних стадиях развития рака толстой кишки ( Esteller et al., 2001а ), и эта потеря функции может обусловливать возможность сохранения клетками алкилирующего повреждения по гуанозинам, и, таким образом, предрасположенность к точечным мутациям - заменам G на A. В самом деле, сайленсинг этого гена имеет место в предраковых полипах толстой кишки перед появлением высокой частоты таких мутаций как в гене р53 , так и в гене RAS , на более поздних стадиях развития опухоли толстой кишки ( Esteller et al., 2001а ; Wolf et al., 2001 ). Аналогично этому, сайленсинг гена GST-Pi имеет место практически при всех предраковых повреждениях, предрасполагающих к раку простаты , подвергая клетки риску окислительного повреждения аденинов ( Lee et al., 1994 ).
Третий тип "молчащих" генов - обнаруженных методом беспорядочного скрининга раковых геномов на эпигенетически сайленсированные гены - также начинает вносить существенный вклад в наше понимание ранней роли генного сайленсинга при раке. Особенно интригующий сценарий был установлен в процессе развития рака толстой кишки : эпигенетическая потеря функции происходит в семействе генов (обнаруженных методом микрочипирования, описанного в Suzuki et al., 2002 ), которые могут допустить раннюю аномальную активацию пути развития, всегда связанную с возникновением и дальнейшей прогрессией этого заболевания. Транскрипционный сайленсинг генов группы secreted frizzled related protein genes ( SFRPs ) ( Suzuki et al., 2004 ) удаляет антагонистический сигнал к взаимодействию Wnt -лигандов с их мембранными рецепторами ( Finch et al., 1997 ). Этот сайленсинг коррелирует с Wnt-управляемой апрегуляцией общих уровней бета-катенина в клетке, особенно благодаря повышенному присутствию и увеличенной активности в ядре этого транскрипционного фактора ( Suzuki et al., 2004 ). Такая транскрипция - это каноническое считывание для повышенной активности Wnt-пути ( Morin et al., 1997 ; Gregorieff and Clevers, 2005 ). Наиболее важным является тот факт, что сайленсинг SFRP происходит в очень ранних повреждениях, которые предрасполагают к раку толстой кишки, прежде чем происходят обычные мутации в белках Wnt-пути "вниз по течению", которые тоже приводят к активации бута-катенина в ядре ( Morin et al., 1997 ; Gregorieff and Clevers, 2005 ). Таким образом, ранняя активация Wnt пути, обусловленная эпигенетическими событиями, оказывается сбалансированной, чтобы позволить раннее распространение клеток, предрасположенных к тому, чтобы и далее активировать этот путь посредством мутаций. Сохранение как эпигенетических (действующих через Wnt-управляемое увеличение клеточного бетк-катенина), так и генетических (действующих через повреждение белкового комплекса, разрушающего бета-катенин, или через активирование Wnt мутаций) изменений, похоже, позволяют им дополнять друг друга при контроле развития заболевания ( Suzuki et al., 2004 ).
Еще один пример из данной группы генов - это HIC-1 (hypermethylated-in-cancer 1), который кодирует транскрипционный репрессор типа "цинкового пальца". HIC-1 был обнаружен методом случайного скрининга на гиперметилированные островки CpG в горячей точке для потери хромосомы в раковых клетках ( Wales et al., 1995 ). Оказалось, что этот ген, который сайленсирует на ранней стадии развития рака, но не мутирует, играет роль гена-супрессора опухоли при использовании модели нокаутной мыши ( W.Y. Chen et al., 2003 , W.Y. Chen et al., 2004 ). Он служит дополнением к мутациям р53 частично, через потерю функции, которая приводит к апрегуляции SIRT1 ( Chen et al., 2005 ), ключевого белка, воспринимающего клеточный стресс , и участвующего в росте стволовых или прогениторных клеток ( Howitz et al., 2003 ; Nemoto et al., 2004 ; Kuzmichev et al., 2005 ).
