DNA甲基化与癌症课件

1、 DNA甲基化与癌症 福建医科大学 李丹 DNA甲基化与癌症2 DNADNA甲基化甲基化 DNADNA甲基化甲基化是通过是通过DNADNA甲基转移酶（甲基转移酶（DNMTsDNMTs） 将甲基从将甲基从S-S-腺苷蛋氨酸转移到胞嘧啶的腺苷蛋氨酸转移到胞嘧啶的5 5位位 来完成的，参与调控基因的表达和细胞分来完成的，参与调控基因的表达和细胞分 化的过程，在哺乳动物的发育中有重要的化的过程，在哺乳动物的发育中有重要的 作用。作用。 其特点有：其特点有： DNADNA甲基化是重要的表观遗传修饰甲基化是重要的表观遗传修饰 主要发生在主要发生在DNADNA的的CpGCpG岛岛 通过通过DNADNA甲基转

2、移酶（甲基转移酶（DNMTsDNMTs）来完成）来完成 可分为高甲基化和低甲基化可分为高甲基化和低甲基化 DNA甲基化与癌症3 DNADNA的高甲基化与低甲基化的高甲基化与低甲基化 高甲基化：意味着基因的沉默高甲基化：意味着基因的沉默 低甲基化：意味着基因的激活低甲基化：意味着基因的激活 DNA甲基化与癌症4 基因突变与基因突变与DNADNA甲基化甲基化 对不同肿瘤细胞的对不同肿瘤细胞的DNADNA分析表明，癌变细胞分析表明，癌变细胞 中出现中出现基因突变基因突变的概率要远远低于预期的概率要远远低于预期， 而在转录组范围内检测结肠直肠癌中由启而在转录组范围内检测结肠直肠癌中由启 动子动子高甲基

3、化高甲基化引起的基因表达抑制，发现引起的基因表达抑制，发现 高达高达5% 5% 的已知基因在肿瘤细胞中发生了异的已知基因在肿瘤细胞中发生了异 常的启动子高甲基化常的启动子高甲基化。 因此可以推测，因此可以推测，与基因突变相比，与基因突变相比，DNADNA甲基甲基 化改变在细胞恶变过程中可能发挥了更大化改变在细胞恶变过程中可能发挥了更大 的作用的作用。 DNA甲基化与癌症5 肿瘤细胞具有以下特征：肿瘤细胞具有以下特征： 1.1.逃避细胞死亡逃避细胞死亡( resisting cell death ) ( resisting cell death ) 2.2.对生长抑制信号不敏感对生长抑制信号不敏

4、感( evading growth suppressors )( evading growth suppressors ) 3.3.诱导新血管生成诱导新血管生成( inducing angiogenesis) ( inducing angiogenesis) 4.4.无限的复制潜能（无限的复制潜能（enabling replicative immortality)enabling replicative immortality) 5.5.组织浸润和转移（组织浸润和转移（activating invasion and metastasis)activating invasion and meta

5、stasis) 6.6.持续的增殖信号（持续的增殖信号（sustaining proliferative signaling)sustaining proliferative signaling) 近几年的研究发现，特定基因的近几年的研究发现，特定基因的DNADNA高甲基高甲基 化化在这些过程中均发挥重要作用在这些过程中均发挥重要作用 DNA甲基化与癌症6 1.DNA甲基化与肿瘤细胞逃避细胞死亡机制 p53基因是一个重要的抑癌基因，可以促使损伤细 胞发生凋亡 INK4a /ARF 基因启基因启 动子区域的甲基动子区域的甲基化化 使使p14ARF 表达下降表达下降 MDM2 表达上升表达上升 结

6、合结合p53 使使p53发生蛋白发生蛋白 质水平的降解质水平的降解 使细胞逃离使细胞逃离p53 引起的凋亡引起的凋亡 （p14ARF的作用的作用 是是抑制抑制MDM2表达表达） DNA甲基化与癌症7 1.DNA甲基化与肿瘤细胞逃避细胞死亡机制 BNIP3，是一个凋亡相关因子，它定位于线粒体， 可以诱导细胞在缺氧情况下发生凋亡 BNIP3 启动子启动子 区高甲基化区高甲基化 引起引起BNIP3 表达沉默表达沉默 导致细胞逃避导致细胞逃避 缺氧时的凋亡缺氧时的凋亡 DNA甲基化与癌症8 2.DNA甲基化与肿瘤细胞对生长抑制信号不敏 感机制 细胞生长抑制因子对细胞生长的调控存在多种机 制，其中由pR

7、b 参与的G1 / S 检测点调控尤其重 要。正常情况下： p16蛋白蛋白CDK4 /6 结合 CDK 复合物与复合物与 周期蛋白周期蛋白D结结合合 阻止 pRb不不 能磷酸化能磷酸化 促使 未未磷酸化磷酸化 的的pRb E2F 结合 阻止细胞从阻止细胞从G1 期进入期进入S 期期 起到抑制细胞起到抑制细胞 生长的作用生长的作用 DNA甲基化与癌症9 2.DNA甲基化与肿瘤细胞对生长抑制信号不敏 感机制 DNA甲基化发生时： p16 基因的启 动子区域甲基化 p16 蛋白表达 受到抑制 TGF生长抑制生长抑制信 号通路失去作用 肿瘤细胞肿瘤细胞 异常生长异常生长 在丙肝病毒感染的肝细胞中，发现

8、在丙肝病毒感染的肝细胞中，发现 了丙肝病毒的核心蛋白了丙肝病毒的核心蛋白(core (core protein)protein)可引起可引起p16p16基因启动子的甲基因启动子的甲 基化，基化，p16p16表达水平下降从而促进了表达水平下降从而促进了 细胞的分裂，在丙肝诱导的肝癌中细胞的分裂，在丙肝诱导的肝癌中 起着重要的作用起着重要的作用。 DNA甲基化与癌症10 3.DNA甲基化与诱导新血管生成机制 新血管的生成是癌症发生中重要的步骤，新血 管生成首先需要金属蛋白酶分解细胞外基质，再 通过血管内皮生长因子(VEGF) 来诱导血管生成 组织金属蛋白 酶抑制剂3 （TIMP3） 抑制金属蛋 白

9、酶的活性 与VEFGR2 结合 阻止 血管生成 肿瘤细胞中肿瘤细胞中TIMP3 的下调有一部分原因是由于启动子的下调有一部分原因是由于启动子 区域的甲基化引起的区域的甲基化引起的 DNA甲基化与癌症11 4.DNA甲基化与肿瘤细胞无限复制潜能的机制 癌细胞无限的复制潜能主要与端粒酶活性的升高 有关； 端粒酶可以利用RNA 逆转录DNA，解决DNA 复制 时末端缺失的问题； 正常情况下端粒酶只有在受精卵和干细胞中才有 活性，而肿瘤细胞大多具有高活性的端粒酶； 端粒酶的重要组成部分人端粒酶逆转录酶 (hTERT) 的活性与端粒酶活性高度相关。 DNA甲基化与癌症12 4.DNA甲基化与肿瘤细胞无限

10、复制潜能的机制 DNA甲基化发生时： 启动子区域特异启动子区域特异 性位置甲基化性位置甲基化 人端粒酶逆转录人端粒酶逆转录 酶酶（hTERT）激活）激活 端粒酶活端粒酶活 性升高性升高 癌细胞无限复制癌细胞无限复制 潜能激活潜能激活 既往认为既往认为hTERT 的激活依赖于启动子区域的激活依赖于启动子区域 的甲基化，是至今的甲基化，是至今唯一唯一发现的发现的因甲基化而激因甲基化而激 活的基因活的基因。但最近的研究表明，引起但最近的研究表明，引起 hTERT激活的启动子甲基化有位置特异性，激活的启动子甲基化有位置特异性， 即与启动子特定部位的甲基化及相关区域整即与启动子特定部位的甲基化及相关区域

11、整 体的非甲基化相关体的非甲基化相关 DNA甲基化与癌症13 5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制 组织浸润和转移是细胞恶变的重要特征，近年来 这方面的研究进展迅速，细胞骨架的异常调节与 肿瘤转移密切相关 正常情况下，由-连环蛋白把-连环蛋白和E- cadherin 固定到胞内肌动蛋白纤维上来加固细胞 连接 E-cadherin表达下降是通过启动子区域的甲基化来 实现的 氮胞苷( DNA 甲基化酶抑制剂) 可以上调E-cadherin 的表达 转移的癌细胞E-cadherin 普遍表达下降 DNA甲基化与癌症14 5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制 KiSS-1 是近年发现的一个

12、重要的肿瘤转移 抑制基因 KiSS-1 促进促进E-cadherin 表达表达 抑制抑制IV 型型 胶原酶胶原酶 抑制抑制 肿瘤转移肿瘤转移 启动子甲基化所导致的启动子甲基化所导致的KiSS-1 表达抑表达抑 制制在在胃癌、膀胱癌、肝癌胃癌、膀胱癌、肝癌的转移中都有重的转移中都有重 要的作用要的作用 DNA甲基化与癌症15 5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制 抑癌基因LZTS1 在一项针对乳腺癌的研究中发现，抑癌基因LZTS1 的启动子甲基化所导致的表达下降与乳腺癌的淋 巴结转移相关 LZTS1 启动子区甲基化引起的表达下降在前列腺癌、 非小细胞型肺癌、胃癌、乳腺癌中都与预后不良 相关

13、 DNA甲基化与癌症16 5.DNA甲基化与肿瘤组织的浸润和转移机制 DFNA5 是一个新发现的乳腺癌相关基因 DFNA5 甲基化后，甲基化后， 其表达抑制其表达抑制 正常情况下可以正常情况下可以 促进细胞淍亡促进细胞淍亡 导致肿瘤细导致肿瘤细 胞转移几率增大胞转移几率增大 DNA甲基化与癌症17 6.DNA甲基化与肿瘤细胞持续的增殖信号的机 制 大部分的癌细胞不需要外界的生长刺激因子的作 用就可以完成增殖，原因是细胞内的信号转导通 路发生了变化，导致促增殖因子作用的增强。 SFRPs基因家族编码的蛋白抑制Wnt 通路 DNA甲基化与癌症18 6.DNA甲基化与肿瘤细胞持续的增殖信号的机 制

14、DNA甲基化发生时： SFRPs 的启动子的启动子 区域的高甲基化区域的高甲基化 SFRPs 表达表达 抑制 刺激刺激 细胞分裂细胞分裂 促进 Wnt 通路的通路的 过度激活过度激活 因而细胞在不需要外界生长刺激因子因而细胞在不需要外界生长刺激因子 的作用下就可以不断增殖的作用下就可以不断增殖 DNA甲基化与癌症19 7.microRNA的高甲基化与癌症 microRNA microRNA( miRNA) 是细胞内一种重要的非编码 RNA，其功能主要是通过与mRNA 的3UTR 序列互 补结合而抑制mRNA 的翻译。 miRNA 在调节细胞内的蛋白质表达水平过程中发 挥重要的作用 DNA甲基化

15、与癌症20 7.microRNA的高甲基化与癌症 已发现多种miRNA 在肿瘤细胞中因启动子区高甲 基化而导致转录抑制。 这些miRNA 的靶基因中包含一些促分裂增殖的癌 基因。 miRNA 表达下降使这些癌基因编码的蛋白质表达 升高，从而加速肿瘤的发生发展。 DNA甲基化与癌症21 7.microRNA的高甲基化与癌症 在结肠直肠癌细胞系HCT-116 中： miR-124a 的启动子 区异常高甲基化 miR-124a 表达减少 导致其靶基因 CDK6 过表达 促进促进 肿瘤发生肿瘤发生 DNA甲基化与癌症22 7.microRNA的高甲基化与癌症 在急性髓样淋巴瘤中： miR-193a的启

16、动子 区异常高甲基化 miR-193a 表达减少 其靶基因c-kit 过表达 促进促进 肿瘤发生肿瘤发生 DNA甲基化与癌症23 7.microRNA的高甲基化与癌症 乳腺癌中，miR-355 可以抑制乳腺癌细胞的转移， 因为miR-355 可以抑制SOX4 基因表达引起的细胞 外基质的酶解。 miR-129-2 是另一个和SOX4 表达沉默有关的 miRNA，在结肠直肠癌和胃癌中都发现了miR-129- 2 的启动子区域高甲基化现象。 DNA甲基化与癌症24 DNA 去( 低) 甲基化与癌症 与癌症发生过程中DNA 的甲基化不同，DNA的去 甲基化包括： 1. 特定基因的甲基化水平降低 2.

17、 基因组范围整体DNA 甲基化的降低 2.1 影响染色体稳定性和基因组完整性 2.2 影响重复序列的表达 DNA甲基化与癌症25 DNA 甲基化与癌症的诊断 表观遗传学的改变是细胞癌变的重要特征之一， 因此，细胞DNA 甲基化的变化可以作为癌症早期 诊断的重要依据 细胞DNA甲基化水平的检测: 甲基化特异的PCR 技 术( methylation-specific PCR，MSP) 由于MSP 的高敏感性，对于癌症的早期诊断鉴别 非常有利 DNA甲基化与癌症26 DNA 甲基化与癌症的诊断 DNA 甲基化与癌症的诊断的优点： 稳定性好； 有组织特异性； 易于检测； 且其异常程度常与癌症的进展相

18、关 DNA甲基化与癌症27 DNA 甲基化与癌症的诊断 在许多癌症中都已经发现了癌症相关基因甲基化 水平的改变：如 外周血细胞的DNA 低甲基化与膀胱癌的发生密切 相关 CDH13、MYOD1、MGMT、P16INK4b 和RASSF1A 基因的甲基化水平在常见的膀胱癌、直肠癌、肺 癌、肝癌等细胞中都表现出了明显的改变 在非小细胞肺癌中，TFPI-2 基因的甲基化通常意 味着较差的预后 DNA甲基化与癌症28 DNA 甲基化与癌症治疗 与基因的突变不同，表观遗传学的改 变大都是可逆的，因此，利用药物来改变 细胞的表观遗传学状态可能是治疗癌症 的一条新途径 DNA甲基化与癌症29 DNA 甲基化与癌症治疗 目前的甲基化酶抑制剂主要有zebu