Эпигенетические изменения в опухолях шейки матки: гипер- и гипометилирование повторяющихся элементов ДНК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.01.12, кандидат биологических наук Катаргин, Алексей Николаевич

• Катаргин, Алексей Николаевич
• кандидат биологических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Катаргин, Алексей Николаевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1.Введени е.

1.2. Ретротранспозоны.

1.2.1.Не содержащие LTR ретротранспозоны.

1.2.2. LTR-содержащие ретротранспозоны.

1.3. Сателлитные повторы.

1.4. Макросателлитные 3,3-kb повторы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эпигенетические изменения в опухолях шейки матки: гипер- и гипометилирование повторяющихся элементов ДНК»

Рак шейки матки является одной из наиболее распространенных форм опухолей. По частоте заболеваемости и смертности рак шейки матки занимает второе место, после рака молочной железы, среди всех форм опухолей у женщин. Этиологическим агентом рака шейки матки признаны вирусы папиллом человека (HPV) из так называемой группы «высокого риска заболевания» (HPV 16, 18 и родственные им, WHO, Press Release, 1996). Большая часть инфицированных HPV пациентов с течением времени спонтанно избавляется от инфекции, однако приблизительно у 5% пациентов развиваются опухоли. Прогрессия опухоли, возникающей из инфицированной HPV клетки, проходит через несколько стадий. В этот период возникают и накапливаются нарушения в функционировании клеточных генов, регулирующих такие важные для нормальной жизнедеятельности клетки процессы, как пролиферация, апоптоз, ангиогенез, поддержание генетической стабильности и другие. Нарушение функций клеточных генов может происходить как вследствие генетических событий (мутаций), так и вследствие эпигенетических изменений - эпимутаций. Химические модификации ДНК и гистоновых белков формируют сложную регуляторную сеть, которая модулирует структуру хроматина и регулирует функции генома, не меняя генетического кода. Вся совокупность этих модификаций составляет эпигеном клетки. К эпимутациям, часто наблюдаемым в опухолях всех типов, относятся нарушения химической модификации ДНК, а именно метилирования ДНК. В клетках млекопитающих энзиматическому метилированию подвергается главным образом цитозин в составе динуклеотидов 5' CpG. Присутствие метилированных CpG-динуклеотидов в регулятроных областях генов соответствует, как правило, транскрипционно неактивному состоянию гена. Метилирование ДНК является одним из механизмов, определяющих тканеспецифическую экспрессию генов в клетках с одинаковым набором хромосом, участвуя в подавлении транскрипции разного набора генов в разных клетках взрослого организма. Оно участвует также в обеспечении генетической стабильности клетки, ограничивая процессы рекомбинации с участием повторяющихся элементов ДНК (повторов) и распространение по геному мобильных повторяющихся элементов. Для опухолевых клеток характерно сложное нарушение паттерна метилирования ДНК: гиперметилирование локальных участков ДНК и снижение общего уровня метилирования ДНК, связанное с деметилированием повторов, составляющих значительную часть генома человека. Исследования последних лет показали, что опухоли разных локализаций могут отличаться по набору генов и повторов, подвергающихся аберрантному метилированию с высокой частотой. В связи с этим необходимо определение маркеров метилирования для каждого типа опухолей. Механизмы, активирующие в опухолевых клетках такие разнонаправленные процессы, как гипер- и гипометилирование ДНК, а также механизмы, определяющие специфичность маркеров метилирования для разных типов опухолей, до сих пор неизвестны. Понимание соотношения процессов гипер- и гипометилирования в опухолевой клетке и их роли в возникновении опухолей особенно важно в связи с обратимостью реакции метилирования ДНК и попытками использовать для противоопухолевой терапии агенты, деметилирующие ДНК (децитабин, 5-аза-цитидин, RG108 и др.).

В связи с выше сказанным, исследование нарушения паттерна метилирования ДНК, определение мишеней и механизмов аберрантного метилирования в опухолевых клетках представляются актуальными.

Заключение диссертации по теме «Онкология», Катаргин, Алексей Николаевич

Выводы

1) Впервые в HPV-позитивных опухолях шейки матки и в 4 HPV-позитивных клеточных линиях обнаружено гиперметилирование макросателлитных 3,3-kb повторов по сравнению с нормальными тканями шейки матки. Гиперметилирование 3,3-kb повторов наблюдается в 53% опухолей.

2) Статус метилирования 3,3-kb повторов в нормальных тканях индивидуум-специфичен; изменение статуса метилирования в опухолях происходит сиквенс-специфично.

3) Обнаружено гипометилирование повторов Sat2 по сравнению с нормальными тканями в 80% случаев рака шейки матки и в 5 клеточных линиях. Гиперметилирование 3,3-kb повторов и гипометилирование Sat2 в клетках рака шейки матки происходят независимо

4) Впервые в клетках рака шейки матки обнаружено изменение статуса метилирования по сравнению с нормальными тканями специфического участка ДНК S/MAR, расположенного на хромосомах 4 (4q35) и 10 (10q26).

5) Транскрипты, высокогомологичные генам DUX4 и DUX10, обнаружены в нормальных тканях шейки матки; подавление транскрипции генов DUX обнаружено в 68% опухолей шейки матки как с гиперметилированием 3,3-kb повторов, так и без него.

1.5. Заключение

Обнаруженные в последнее время многообразные механизмы, с помощью которых разные повторяющиеся элементы участвуют в функционировании генома, позволяют говорить о них как об эпигенетических регуляторах генома. Несомненное участие метилирования ДНК в регуляции существующих взаимоотношений повторов и генома в нормальных клетках и постоянно присутствующее в опухолях нарушение паттерна метилирования многих повторяющихся элементов указывают на то, что в опухолях, по-видимому, происходит масштабная дестабилизация эпигенетической регуляции функционирования генома. В свете этих данных исследование нарушений функционирования повторяющихся элементов в опухолях должны существенно расширить представления о механизмах канцерогенеза.

Глава 2. Материалы и методы

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Катаргин, Алексей Николаевич, 2010 год

1. Бурцева Н. Н., Азизов, М., и Ванюшин, Б. Ф. (1979а). Биохимия, 44,1690-1696.

2. Бурцева Н. Н., Азизов, М., Иткин, Б. 3., и Ванюшин, Б. Ф. (1977). Биохимия 42,1296-1302.

3. Бурцева Н. Н., Романов, Г. А., Азизов, М., и Ванюшин, Б. Ф. (1979b). Биохимия 44, 2066-2072.

4. Усманова, Н. М., Казаков, В. И., и Томилин, Н. В. (2008). Ретропозоны AIu-семейства из цис-регуляторных модулей промоторов генов DNASE II и CAML влияют на генную экспрессию в клетках А549 и НЕК293. Цитология, 249-255.

5. Федоров А. В. (2008). Регуляция транскрипции ретротранспозонов LINE-1 млекопитающих. Цитология, 1011-1022.

6. Albano, F., Anelli, L., Zagaria, A., Lonoce, A., La Starza, R., Liso, V., Rocchi, M., and Specchia, G. (2008). Extramedullar molecular evidence of the 5'KIAAl 509/3'PDGFRB fusion gene in chronic eosinophilic leukemia. Leuk Res 32,347-351.

7. Alexiadis, V., Ballestas, M. E., Sanchez, C., Winokur, S., Vedanarayanan, V., Warren, M., and Ehrlich, M. (2007). RNAPol-ChIP analysis of transcription from FSHD-linked tandem repeats and satellite DNA. Biochim Biophys Acta 1769,29-40.

8. Alves, G., Tatro, A., and Fanning, T. (1996). Differential methylation of human LINE-1 retrotransposons in malignant cells. Gene 176,39-44.

9. Armbruester, V., Sauter, M., Krautkraemer, E., Meese, E., Kleiman, A., Best, В., Roemer, K., and Mueller-Lantzsch, N. (2002). A novel gene from the human endogenous retrovirus К expressed in transformed cells. Clin Cancer Res 8,1800-1807.

10. Armbruester, V., Sauter, M., Roemer, K., Best, В., Hahn, S., Nty, A., Schmid, A., Philipp, S., Mueller, A., and Mueller-Lantzsch, N. (2004). Np9 protein of human endogenous retrovirus К interacts with ligand of numb protein X. J Virol 78,10310-10319.

11. Athanasiadis, A., Rich, A., and Maas, S. (2004). Widespread A-to-I RNA editing of Alu-containing mRNAs in the human transcriptome. PLoS Biol 2, e391.

12. Babushok, D. V., and Kazazian, H. H., Jr. (2007). Progress in understanding the biology of the human mutagen LINE-1. Hum Mutat 28, 527-539.

13. Beckers, M., Gabriels, J., van der Maarel, S., De Vriese, A., Frants, R. R., Collen, D., and Belayew, A. (2001). Active genes in junk DNA? Characterization of DUX genes embedded within 3.3 kb repeated elements. Gene 264, 51-57.

14. Belancio, V. P., Hedges, D. J., and Deininger, P. (2006). LINE-1 RNA splicing and influences on mammalian gene expression. Nucleic Acids Res 34,1512-1521.

15. Bosnakovski, D., Lamb, S., Simsek, Т., Xu, Z., Belayew, A., Perlingeiro, R., and Kyba, M. (2008a). DUX4c, an FSHD candidate gene, interferes with myogenic regulators and abolishes myoblast differentiation. Exp Neurol.

16. Bourc'his, D., and Bestor, Т. H. (2004). Meiotic catastrophe and retrotransposon reactivation in male germ cells lacking Dnmt3L. Nature 431,96-99.

17. Brannan, С. I., and Bartolomei, M. S. (1999). Mechanisms of genomic imprinting. Curr Opin Genet Dev 9, 164-170.

18. Burgers, W. A., Blanchon, L., Pradhan, S., de Launoit, Y., Kouzarides, Т., and Fuks, F. (2007). Viral oncoproteins target the DNA methyltransferases. Oncogene 26,1650-1655.

19. Buscher, K., Trefzer, U., Hofinann, M., Sterry, W., Kurth, R., and Denner, J. (2005). Expression of human endogenous retrovirus К in melanomas and melanoma cell lines. Cancer Res 65, 4172-4180.

20. Chen, E. S., Zhang, K., Nicolas, E., Cam, H. P., Zofall, M., and Grewal, S. I. (2008a). Cell cycle control of centromeric repeat transcription and heterochromatin assembly. Nature 451, 734-737.

21. Chen, L. L., DeCerbo, J. N., and Carmichael, G. G. (2008b). Alu element-mediated gene silencing. Embo J 27,1694-1705.

22. Depil, S., Roche, C., Dussart, P., and Prin, L. (2002). Expression of a human endogenous retrovirus, HERV-K, in the blood cells of leukemia patients. Leukemia 16, 254-259.

23. Dewannieux, M., Esnault, C., and Heidmann, T. (2003). LINE-mediated retrotransposition of marked Alu sequences. Nat Genet 35,41-48.

24. Ding, H., Beckers, M. C., Plaisance, S., Marynen, P., Collen, D., and Belayew, A. (1998). Characterization of a double homeodomain protein (DUX1) encoded by a cDNA homologous to 3.3 kb dispersed repeated elements. HumMol Genet 7,1681-1694.