癌症表观遗传治疗的两大热点:DNA甲基化和组蛋白尾段改变

国际著名学术杂志《自然综述-药物发现》在线杂志今年一月份发表美国南加利福尼亚大学生化和分子生物学Christine B.Yoo博士和Peter A.Jones教授的文章，介绍了癌症表观遗传治疗的研究动态，引起了该领域许多学者的关注。

两位学者指出，癌症的发生与进展是由遗传和表观遗传事件控制的。与遗传改变几乎是不可能逆转的不同，表观遗传异常是有可能逆转的，可以使恶变的细胞群恢复到更正常的状态。随着许多靶向特异的涉及基因表达的表观遗传调节酶药物的出现，利用表观遗传靶标作为癌症化学治疗与化学预防的有效而有价值的途径正在崭露头角。

两位学者介绍说，表观遗传是用于描述与DNA顺序变化无关的基因表达的核分裂和减数分裂的遗传状态。表观遗传事件在生物学的所有方面都是重要的，在过去10年中的研究已经表明在癌症的发生与进展中具有至关重要的作用。在目前的学术界研究最多的两个表观遗传现象是DNA甲基化和组蛋白尾段改变。

DNA的甲基化过程

DNA是通过DNA甲基化转移酶（DNMTs）在胞嘧啶环的5-位（C5）上完成甲基化的，在胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸（CpG）岛的二核苷酸形成过程中，该甲基化的出现几乎是惟一的，在整个基因组中由于5-甲基胞嘧啶自发地去氨基变成胸腺嘧啶的情况出现的很少。研究发现，DNA甲基化在启动区的低水平含量或缺乏与活跃的基因表达有关。将近50%的基因在它们的启动区与CpG岛相联（研究显示，在基因的其他一些区域，例如基因体或基因组的其他非编码区建立了CpG岛），这些CpG岛通常是低甲基化的，转录活性能力低。但研究发现一些甲基化不能阻滞转录延长。与此相反，靠近转录起始位点的甲基化能阻滞转录延长从而抑制基因表达。这个过程是通过转录阻遏蛋白例如甲基结合蛋白（MBDs）的补充来介导的，而甲基结合蛋白是包括组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的一个大复合物的一部分。此外，DNA甲基化还可以通过阻滞转录因子直接抑制转录。

组蛋白尾段改变

DNA环绕着8个组蛋白的核心构成核小体，这是染色质的最小结构单位。组蛋白的基础氨基末端尾部突出于核小体，常在转录后发生变化，包括组蛋白乙酰转移酶（HATs）的乙酰化和由组蛋白赖氨酸转甲基酶（HMTs）进行的组蛋白甲基化。这些变化能影响染色质的压缩松紧程度，因此在基因表达中起调节作用。例如，乙酰基团能抑制基础组蛋白尾部的正电荷，因此削弱组蛋白和DNA带负电荷集团之间的静电相互作用。

最重要的是，组蛋白H3和H4上赖氨酸残基的乙酰化与活经或开放的染色质有关，从而使得各种转录因子能利用靶标基因来激活蛋白。与此相反，赖氨酸残基经HDACs的脱乙酰作用导致染色质压缩和基因的失活。

与组蛋白赖氨酸乙酰化不同，组蛋白赖氨酸甲基化既可以导致激活，也可以导致抑制，取决于它所位于的残基情况。这样的话，组蛋白尾残基的特殊改变可以用作转录活性或失活的染色质的“标记物”。例如，组蛋白H3赖氨酸4（H3-K4）甲基化是学者们熟知的“活性”标记物。“失活”的标记物包括H3-K9的甲基化和H4-K20的三甲基化。虽然每次只有一个乙酰基团添加到赖氨酸残基，但是每个赖氨酸残基可以出现3个甲基团。重要的是，在位于常染色质基因中的沉默区发现单和双甲基化的H3-K9，而三甲基化的H3-K9则集中于中心体周围的异染色质中，提示不同的甲基化状态标示明显不同的异染色质区。但是，最近在哺乳动物染色质的活性转录区发现甲基化的H3-K9与异染色质蛋白-1（HP1）。H3-K9甲基化对转录活性的作用目前还不清楚，需要进一步的研究来定义其精确的作用。

目前学术界公认，组蛋白改变和DNA甲基化的关系是复杂的，它们共同作用来确定基因表达的状态，决定细胞的生死存亡。许多DNMT抑制剂和HDAC抑制剂已经显示具有抗肿瘤作用，目前这些抑制剂已进入了临床研究阶段。