Реактивация фенилгексил изотиоцианатом гиперметилирования гена p15 в лимфоидных Т-клетках, опосредованных механизмами взаимодействия ДНК и хроматина

Shaohong Jiang, Xudong Ma, Yiqun Huang
Опубликовано: Journal of Hematology & Oncology 2010, 3:48.

Ведущими в управлении эпигенетическими транскрипциями, вовлекающими молчащие гены, являются метилирование ДНК и ковалентная модификация белков-гистонов. Транскрипция молчащих генов осуществляется путем гиперметилирования CpG регионов промотерной области генов, что справедливо практически для любого типа опухоли человека.

При опухолях часто гиперметилированию подвергается широкий спектр генов, в том числе связанных с регуляцией клеточного цикла, детоксикацией, подавлением роста опухоли, апоптозом и т.д. Метилирование ДНК катализируется ДНК-метилтрансферазой (ДНМТ), для которой у млекопитающих было установлено три активных фермента, а именно: ДНТМ1, ДНТМ3A и ДНТМ3B. В процессе развития организма мыши ДНТМ1 отвечает за поддержание уже существующих моделей метилирования во время репликации ДНК, в то время ДНТМ3A и ДНТМ3B необходимы для инициирования метилирования de novo. ДНТМ3A выявляется во всех тканях, а ДНТМ3B присутствует в клетках в небольшом количестве, за исключением семенников, щитовидной железы и костного мозга.

ДНК-метилтрансферазы активны в молчащих генах, выступая для них в качестве репрессора транскрипции или обеспечивая построение репрессоров транскрипции, гистонов дезацетилазы и гистонов метилтрансферазы. Таким образом, ДНК-метилтрансферазы взаимодействуют с молчащим геном независимо от их каталитической активности. В лимфоидных клетках человека ДНК-метилтрансферазы аберрантно гиперэкспрессируются. Белки гистоны собираются в нуклеосом, который как упаковывает ДНК, так и является регулятором транскрипции.

Различные типы модификации гистонов связаны с различными функциями. Изменения в гистонах влияет на структуру хроматина и, в конечном счете, на транскрипцию генов, в том числе кодирующие белки-супрессоры опухоли. Одной из ключевых модификаций гистона, контролирующего процесс транскрипции генов, является его ацетилирование, которое регулируется двумя ферментами противоположной направленности (гистон ацетилтрансфераза [ГАТ] и гистон дезацетилаза [ГДА]). ГАТ отвечает за ацетилирования гистонов, что ведет к релаксации структуры хроматина и активации транскрипции генов, в то время ГДА отвечает за дезацетилирование гистонов, что в целом связано с конденсацией хроматина и торможением процесса транскрипции.

Активность гена p15 (INK4b или MTS2) вероятно подавляет опухолевый рост. Ген р15 структурно и функционально сходен с геном p16. Этот ген распознается циклин-зависимыми киназами CDK4 и CDK6 и прекращает клеточный цикл в фазе G1, конкурируя с циклином D за соединение с CDK4. Гиперметилирование гена p15 в области 5'-CpG ассоциируется с утратой транскрипции данного гена в лейкозных клетках. Кроме того, нарушение метилирования гена p15 имеет важное прогностическое значение – общая продолжительность жизни пациентов с метилированным геном p15 сокращена.

Фенилгексил изотиоцианат (ФГИ), антропогенный изотиоцианат, тормозит активность ГДА и восстанавливает структуру хроматина, что приводит к остановке роста миелоидных клеток в зависимости от концентрации вещества. ФГИ подавляет активность ГДА, которая активирует гиперметилирование гена p15 в лимфоидных клетках. Показано, что ФГИ имеет двоякое влияние на метилирование ДНК и ацетилирование гистонов в лимфоидных Т-клетках мышей линии Molt-4. ФГИ может вызывать как деметилирование ДНК, так и ацетилирование гистонов. Перекрестное влияние на ДНК и хроматин происходит в результате деметилирования области CpG гена p15, который инактивируется за счет гиперметилирования и становится вновь транскрипционно активным в неметилированном состоянии под действием ФГИ. Механизмы взаимодействия направлены на снижение активности ферментов ДНК-метилтрансфераз и повышение активности ГАТ и процесса ацетилирования гистонов.

Подготовил Д.А. Дегтерёв,