DNA甲基轉(zhuǎn)移酶在腫瘤中的研究進(jìn)展

裴嘉瑤+李洪艷

摘 要：DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，DNA甲基化參與了生物體的染色體穩(wěn)定、遺傳印記的維持等正常的生理活動(dòng)過程。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶是負(fù)責(zé)將甲基轉(zhuǎn)移到DNA上的酶。DNMT1，DNMT3A，DNMT3B是哺乳動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮作用的三種主要DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)單獨(dú)或聯(lián)合起來發(fā)揮著功能。本文對(duì)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用加以概述。

關(guān)鍵詞：DNA甲基化，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，CpG島，腫瘤

引言

基因組表觀遺傳學(xué)是相對(duì)于傳統(tǒng)的遺傳學(xué)而提出的一個(gè)概念，其研究的不是基因序列的改變，而是研究基因組的修飾變化所引起的基因表達(dá)改變。這種修飾是可遺傳的，可對(duì)生物體產(chǎn)生長(zhǎng)期效應(yīng)[1]。DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，是由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶催化完成的，主要包括DNMT 1，DNMT 2和DNMT 3。研究表明，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）缺陷而引起的基因表觀遺傳改變往往伴隨著腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。本文綜述了近年DNMTs在腫瘤中的研究進(jìn)展。

1 DNA甲基化現(xiàn)象

DNA甲基化是哺乳動(dòng)物基因組最常見的修飾方式。它是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）的催化下，以甲硫氨酸為供體，將甲基轉(zhuǎn)移到胞嘧啶的第五個(gè)碳原子上。DNA甲基化是一個(gè)可逆的過程，在體內(nèi)同時(shí)存在著主動(dòng)或被動(dòng)的去甲基化過程。

2 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）

DNA甲基化修飾是由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶催化完成的。目前為止，在哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要存在三種DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，分別命名為DNMT 1，DNMT 2和DNMT 3。其中，DNMT 3又分為DNMT 3A和DNMT 3B兩個(gè)亞型。DNMT 2，雖然具有與其他的DNMT同源的序列，并且能夠甲基化小的tRNAs，但是目前通常認(rèn)為它不是DNA甲基化酶。

2.1 DNMT 1

DNMT 1是第一個(gè)被克隆出來的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶。它由N-端的調(diào)節(jié)區(qū)，C-端的催化區(qū)組成，該酶的催化能力需要N-端和C-端的相互作用。但也有研究表明，DNMT1的半胱氨酸富集區(qū)可與未甲基化的CpG島作用。這說明除了催化區(qū)域外，DNMT1的其他結(jié)構(gòu)域與酶的活性有重要關(guān)系。DNMT 1可以維持基因組中的全部甲基化。一般認(rèn)為，它主要負(fù)責(zé)在DNA復(fù)制的過程中保持原來的DNA甲基化狀態(tài)。也就是說母鏈模板上某個(gè)位置的胞嘧啶被甲基化，在DNA復(fù)制時(shí)，DNMT 1就會(huì)識(shí)別這種半甲基化，催化子鏈相應(yīng)位置的胞嘧啶發(fā)生甲基化。

2.2 DNMT 3

DNMT 3A和DNMT 3B都是由N-端的調(diào)節(jié)區(qū)，C-端的催化區(qū)組成，其C-端不需要與N-端相互作用就可以有催化活性，有很強(qiáng)的重新甲基化能力也具有保持甲基化的能力。最近一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠生殖細(xì)胞中存在新的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶DNMT3C。DNMT3C表現(xiàn)出與DNMT3B的高度一致性，并且專攻新的逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子的甲基化。除上述對(duì)哺乳動(dòng)物的DNA甲基化必不可少的酶外，DNMT家族還包括另外兩個(gè)成員，DNMT2和DNMT3L。DNMT3L沒有催化活性，起調(diào)控作用，以DNMT3L-DNMT3A異四聚體的形式促進(jìn)胞嘧啶殘基甲基化。

2.3 DNMTs在腫瘤中的作用

近年來，DNA甲基化和人類疾病，尤其是和腫瘤之間關(guān)系引起研究人員的關(guān)注。許多研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化模式的改變導(dǎo)致了腫瘤的發(fā)生。在很多腫瘤中都發(fā)現(xiàn)DNMTs的表達(dá)異常。這說明DNMTs在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用。通過研究者們對(duì)DNMTs損傷病人樣本的研究，發(fā)現(xiàn)DNMTs的異常與腫瘤發(fā)展之間存在一定的關(guān)系。DNMTs的異常主要可分為三類：表達(dá)異常，突變和缺失。

2.3.1 DNMTs表達(dá)異常

在眾多研究發(fā)現(xiàn)，DNMT表達(dá)異常可導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。DNMTs（DNMT1，DNMT3A，DNMT3B）的過表達(dá)導(dǎo)致某些基因高度甲基化和致癌因子激活。在實(shí)體瘤中，DNMT1過表達(dá)導(dǎo)致病人的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良。在大量的患有腫瘤的病人樣本中發(fā)現(xiàn)DNMT3A或者DNMT3B高度表達(dá)，在肝細(xì)胞中，高表達(dá)的DNMT3A具有致癌作用[2]。DNMT3B和CTCF高表達(dá)對(duì)乳腺癌中的 BRCA1 失活至關(guān)重要[3]。此外，在某些腫瘤中也出現(xiàn)DNMTs表達(dá)降低的現(xiàn)象。如Cao等在胃癌的研究中發(fā)現(xiàn)，DNMT3A表達(dá)量明顯下降。這些研究說明，DNMTs的表達(dá)異常和腫瘤密切相關(guān)。

2.3.2 DNMTs 突變

體細(xì)胞的DNMTs突變是許多腫瘤的顯著特征，并且能夠?qū)е履[瘤的惡性轉(zhuǎn)化[4]。在癌癥基因組中發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌中，DNMT1 失活引起的突變導(dǎo)致全基因組的甲基化狀態(tài)改變[5]。在血液惡性腫瘤中存在DNMT3A突變。急性骨髓白血病（AML）和骨髓異常增生癥（MDL）中DNMT3A頻繁地突變[6]。此外，DNMT3A突變，特別是催化區(qū)域的突變會(huì)大幅降低酶活性[6]。這些研究表明突變的DNMTs在破壞基因組甲基化以及在腫瘤的形成中扮演著重要的角色。

2.3.3 DNMTs 缺失

研究發(fā)現(xiàn)，在成年小鼠中敲除DNMT3A后，誘發(fā)了造血干細(xì)胞的擴(kuò)散[6]。此外DNMT3A缺失導(dǎo)致T細(xì)胞淋巴瘤和肺部腫瘤的發(fā)展。這些結(jié)果暗示DNMT3A可能作為腫瘤的抑制基因。還有研究表明，DNMT1有助于維持甲基化，缺失會(huì)導(dǎo)致DNA去甲基化，DNMT1對(duì)細(xì)胞淋巴瘤預(yù)防和維護(hù)是至關(guān)重要的。因此，DNMTs基因的缺失參與腫瘤的發(fā)展。

3 結(jié)語(yǔ)

DNA甲基化和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。DNMTs的表達(dá)異常，是腫瘤細(xì)胞的一個(gè)特征。因此DNMTs有望成為研發(fā)治療癌癥藥物的靶點(diǎn)。另外，基于某些基因在腫瘤的發(fā)展進(jìn)程中的重要作用，這些基因所具有的甲基化的特性則為腫瘤的診斷和治療提供新的方向。

參考文獻(xiàn)（References）

[1]Pechalrieu D. DNA methyltransferase inhibitors in cancer： From pharmacology to translationalstudies

[2]Zhao Z. Depletion of DNMT3A suppressed cell proliferation and restored PTEN in hepatocellular carcinoma cell

[3]Cai FF. Pyrosequencing quantified methylation level of BRCA1 promoter as prognostic factor for survival in breast cancer patient

[4]Baylin SB. A decade of exploring the cancer epigenome - biological and translational implications

[5]Vafadar-Isfahani N. ，Decoupling of DNA methylation and activity of intergenic LINE-1 promoters in colorectal cancer

[6]Yamashita Y. Array-based genomic resequencing of human leukemia

[7]Challen GA. Dnmt3a is essential for hematopoietic stem cell differentiation.