4.2 Региональное гиперметилирование в опухолях

Наряду со снижением общего уровня метилирования ДНК, в опухолях обычно наблюдаются участки ДНК с ненормально повышенным уровнем метилирования. Так как большая часть неметилированных цитозинов располагается внутри CpG островков в регуляторных участках генов, предполагается, что именно эти цитозины подвергаются аберрантному метилированию в опухолевых клетках. Это предположение подтверждается данными Байлина с коллегами, показавшего, что неметилированный в нормальных тканях CpG островок в промоторе гена кальцитонина, расположенного на коротком плече хромосомы 11 (11р), метилирован с высокой плотностью в человеческих солидных опухолях, лейкемиях и клетках, трансформированных различными вирусами. Кроме того, на этом же участки хромосомы, содержащем несколько потенциальных генов-супрессоров, были обнаружены и другие аберрантно метилированные CpG островки. На основании этих данных была выдвинута гипотеза, что данный участок хромосомы 11p является горячей точкой метилирования CpG островков в неоплазии и это аберрантное метилирование является важным механизмом выключения генов-супрессоров.

Тогда же Антиквера и Бёрд показали, что несколько CpG островков ассоциированных с регуляторными участками генов, гиперметилированы в иммортализованных человеческих и мышиных клеточных линиях. Авторы постулировали, что вплоть до половины CpG островков генома может быть метилировано в таких клетках. На основании этих данных была предложена концепция ассоциированной с метилированием инактивации генов – MAGI.

Позднее, ассоциированная с метилированием CpG островка в промоторе потеря экспрессии была показана для гена ретинобластомы (Rb) в 10% случаев спорадической ретинобластомы. В нескольких публикациях было продемонстрировано de novo метилирование CpG островка в промоторе ингибитора циклин зависимых киназ p16. Это аберрантное метилирование, наблюдаемое в опухолевых клеточных линиях и образцах опухолевой ткани, коррелировало с потерей экспрессии p16.

Промоторы нескольких генов были проанализированы в случае колоректального рака. Особенно интересные результаты были получены при анализе короткого плеча хромосомы 11. Промоторы двух генов расположенных на этом участке - WT1 и кальцитонин были гиперметилированы в большинстве исследованных образцов (68-74%). Кроме того гиперметилирование промотора ведущее к потере экспрессии было показано для гена APC (хромосомный локус 5q21-q22) в половине исследованных образцов спорадических опухолей ободочной и прямой кишки. Гиперметилирование промотора АРС наблюдалось преимущественно на поздних стадиях развития опухоли, что позволяет предположить важность этого гена для прогрессии, а не для инициации опухоли. Кроме того, подавление экспрессии за счёт метилирования промотора было показано для гена hMLH1. В этом случае потеря экспрессии гена обычно сравнивается с мутацией ведущей к потере функции фермента. Дополнительное доказательство роли метилирования ДНК на поздних стадиях развития опухоли толстого кишечника основано на работе Иссы с коллегами, который показал повышенную активность метилтрансферазы DNMT1 на стадии карциномы но не аденомы.

Одно из наиболее убедительных доказательств прямого участия метилирования ДНК в канцерогенезе было получено Лайрдом с коллегами при использовании модели APCMIN мыши, несущей наследственную мутацию гена АРС. Наличие этой мутации приводит к развитию сотен кишечных полипов на ранних этапах развития. Ингибирование метилирования с помощью 5-аза-2’-деоксицитидина приводит к тому, что количество полипов в кишечнике APCMIN мыши снижается в десятки раз. Хотя механизм этого эффекта до конца не ясен, полученные результаты подтверждают значение метилирования ДНК для канцерогенеза.

Обобщая приведенные выше данные можно утверждать, что повышение метилирования в промоторе генов-супрессоров может приводить к потере их экспрессии и, тем самым, способствовать инициации и прогрессии опухоли.