Rola metylacji DNA i modyfikacji histonów w rozwoju nowotworu

Zmiany epigenetyczne stanowią fundamentalny element patogenezy raka szyjki macicy, współpracując z alteracjami genetycznymi w procesie wieloetapowej transformacji nowotworowej. W przeciwieństwie do zmian genetycznych, modyfikacje epigenetyczne nie zmieniają sekwencji DNA, ale wpływają na ekspresję genów poprzez zmiany w strukturze chromatyny i dostępności promotorów genowych1.

Podstawowe mechanizmy epigenetyczne

Procesy epigenetyczne mogą być głęboko wpływane przez mechanizmy onkogenomiczne. Zmiany epigenetyczne często występują wcześnie w procesie nowotworowym i prawdopodobnie stanowią kluczowe zdarzenia inicjujące w niektórych nowotworach. Oprócz inicjacji nowotworu, zdarzenia epigenetyczne przyczyniają się również do progresji nowotworowej1.

Zidentyfikowano szereg zmian epigenetycznych występujących zarówno w genomie HPV, jak i komórkowym, w tym hipometylację DNA, hipermetylację genów supresorowych nowotworów, modyfikacje histonów oraz zmiany w niekodujących RNA (ncRNA). W normalnych komórkach metylacja DNA jest zaangażowana w regulację ekspresji genów, w tym organizację chromatyny i genomowy imprinting1.

Metylacja DNA w raku szyjki macicy

Najwcześniejsze i najczęstsze zmiany molekularne w wieloetapowym procesie kancerogenezy obejmują metylację DNA. W nowotworach obserwuje się globalną hipometylację DNA w regionach powtarzalnych oraz hipermetylację w wyspach CpG promotorów genów supresorowych nowotworów, a także zwiększenie aktywności metylotransferaz DNA. Te zmiany obserwuje się również w kancerogenezie indukowanej przez HPV1.

Kluczowy mechanizm: HPV E7 wiąże się z DNMT1 i stymuluje jego aktywność, jednocześnie aktywując transkrypcję DNMT1 poprzez szlak pRB/E2F, podczas gdy HPV E6 zwiększa ekspresję DNMT1 poprzez supresję p53. Zwiększoną ekspresję DNMT3A i 3B obserwuje się również w komórkach HPV-pozytywnych1.

Nieprawidłowa metylacja występuje często w raku szyjki macicy, prowadząc do wyciszenia ekspresji genów, aktywacji onkogenów i elementów transponowalnych, utraty imprintingu oraz inaktywacji genów supresorowych nowotworów. Częstość metylacji DNA genów kandydujących wzrasta wraz ze zwiększającym się stopniem nasilenia zmiany szyjkowej, sugerując, że te zmiany występują wcześnie w rozwoju nowotworu2.

Wpływ białek HPV na procesy metylacji

Białka onkogenne HPV bezpośrednio wpływają na mechanizmy metylacji DNA. Metylacja genów HPV z towarzyszącym wyciszeniem onkogenów HPV może być strategią wirusa do utrzymania długotrwałego zakażenia poprzez unikanie rozpoznania immunologicznego. Wyciszenie E6 i E7 zmniejsza metylację genów supresorowych nowotworów i odwraca transformowany fenotyp komórek raka szyjki macicy2.

Badania wykazały związek między zakażeniem HPV a podwyższonymi poziomami metylacji oraz zmniejszoną ekspresją długich niekodujących RNA, takich jak MAGI2-AS3. Wpływ zakażenia HPV na złośliwą transformację komórek nabłonka szyjki macicy jest potencjalnie mediowany poprzez modulację regulacyjną ekspresji MAGI2-AS3 za pośrednictwem metylacji DNA3.

Modyfikacje histonów i regulacja chromatyny

Oprócz metylacji DNA, istotne znaczenie w patogenezie raka szyjki macicy mają modyfikacje histonów. Badania wykazały, że białko E7 może zwiększać ekspresję genów HOX poprzez regulację epigenetyczną, wpływając na status H3K4me3 i H3K27me3 ich promotorów, wynikający z utraty aktywności kompleksu PRC2-LSD14.

Zwiększona ekspresja większości członków klastra HOX była zgodna z hipotezą o napędzanej przez HPV16 E7 abrogacji aktywności kompleksu PRC2-LSD1 prowadzącej do utraty wyciszania genów. Znacząca korelacja ekspresji HOXA10 i HOXD10 z ekspresją HPV16 E7 podkreśliła wpływ E7 na ekspresję genów HOX5.

Rola długich niekodujących RNA

Długie niekodujące RNA (lncRNA) odgrywają istotną rolę w regulacji epigenetycznej w raku szyjki macicy. Badania wykazały statystycznie istotną obniżoną regulację ekspresji HOTAIR w przypadkach raka szyjki macicy w porównaniu do kontroli HPV-negatywnych. Deregulacja HOTAIR prawdopodobnie wpływa na ekspresję swoich genów docelowych downstream poprzez zmienione rekrutowanie kompleksu PRC26.

Mechanizm HOTAIR: Obniżona regulacja HOTAIR była towarzysząca zwiększonej regulacji HOXD10 wśród przypadków raka szyjki macicy. Jest to pierwszy tego rodzaju opis mechanizmu kancerogenezy szyjki macicy mediowanej przez HPV16 E7 poprzez modulację ekspresji i funkcji HOTAIR6.

Wpływ na geny supresorowe nowotworów

Zmiany epigenetyczne szczególnie wpływają na geny supresorowe nowotworów. Częstość hipermetylacji promotora dla wszystkich trzech genów supresorowych CDH1, HIC1 i RAR wykazywała trend wzrostowy od normalnego przez dysplastyczny do inwazyjnego raka szyjki macicy. Te geny mogą być używane jako potencjalne biomarkery oceny ryzyka raka szyjki macicy7.

Inaktywacja p53 została powiązana z hipermetylacją regionu promotorowego i została związana z neoplazją ludzką. Dane dotyczące obniżonej regulacji p53 w przypadkach raka szyjki macicy zakażonych HPV o różnym stopniu nasilenia również wykazały zmienność ze znaczącą obniżoną regulacją w niższych stopniach nasilenia w porównaniu do wyższych stopni nasilenia8.

Acetylacja i inne modyfikacje posttranslacyjne

Acetylacja ma kluczowe znaczenie dla p53, ponieważ zwiększa stabilność białka p53, wiązanie z promotorami o niskim powinowactwie, asocjację z innymi białkami, aktywności przeciwwirusowe i jest wymagana do jego odpowiedzi na uszkodzenie DNA i aktywowane onkogeny. Ekspresja Ac-305 i Ac-382 p53 była konsekwentnie obniżona w większości przypadków raka szyjki macicy zakażonych HPV8.

Zmiany w profilu p53, takie jak mutacja p53, obniżona regulacja ekspresji wraz ze zmianami w profilu epigenetycznym p53 są związane z patogenezą raka szyjki macicy. Hipermetylacja i deacetylacja p53 również okazały się być związane z patogenezą raka szyjki macicy9.

Czynniki metaboliczne wpływające na metylację

Czynniki metaboliczne, szczególnie związane z metabolizmem jednego węgla, wpływają na procesy metylacji w raku szyjki macicy. Kwas foliowy jest bezpośrednio zaangażowany w metylację DNA poprzez metabolizm jednego węgla. Niższy status kwasu foliowego i witaminy B12 był związany z zakażeniem HPV, sugerując rolę kwasu foliowego i witaminy B12 w modulowaniu ryzyka raka szyjki macicy i zakażenia HPV10.

Znaczenie kliniczne zmian epigenetycznych

Zrozumienie mechanizmów epigenetycznych ma istotne znaczenie kliniczne. Większość genomów ssaków jest naturalnie metylowana, jednak metylacja promotora i jego konsekutywnych regionów heterochromatynowych obniża ekspresję genów. Metylacja DNA genów supresorowych nowotworów (TSG) lub onkogenów prowadzi jednak do ekspresji tego genu11.

Dane są klinicznie istotne, ponieważ skuteczność kilku chemio- i radioterapii została zaproponowana jako głównie zależna od genu supresorowego p53 w wielu przypadkach, który z kolei okazał się być regulowany przez ekspresję białka E6 HPV wysokiego ryzyka. Zmiany w profilu p53 wskazują na związek z patogenezą raka szyjki macicy12.

Potencjalne cele terapeutyczne

Zmiany epigenetyczne, w przeciwieństwie do mutacji genetycznych, są potencjalnie odwracalne, co czyni je atrakcyjnymi celami terapeutycznymi. Strategie terapeutyczne mogą obejmować inhibitory metylotransferaz DNA, modulatory acetylacji histonów oraz terapie celujące w długie niekodujące RNA. Zrozumienie wzajemnych powiązań między czynnikami genetycznymi i epigenetycznymi w patogenezie raka szyjki macicy otwiera nowe możliwości dla rozwoju ukierunkowanych terapii przeciwnowotworowych.

Pytania i odpowiedzi

Czym są zmiany epigenetyczne w raku szyjki macicy?

Zmiany epigenetyczne to modyfikacje, które wpływają na ekspresję genów bez zmiany sekwencji DNA. W raku szyjki macicy obejmują głównie metylację DNA, modyfikacje histonów i zmiany w ekspresji długich niekodujących RNA.

Jak HPV wpływa na metylację DNA?

Białka HPV E6 i E7 bezpośrednio wpływają na metylację DNA. E7 aktywuje metylotransferazę DNMT1 poprzez szlak pRB/E2F, a E6 zwiększa jej ekspresję poprzez supresję p53, prowadząc do hipermetylacji genów supresorowych.

Czy zmiany epigenetyczne są odwracalne?

Tak, w przeciwieństwie do mutacji genetycznych, zmiany epigenetyczne są potencjalnie odwracalne. To czyni je atrakcyjnymi celami terapeutycznymi, umożliwiając rozwój terapii z użyciem inhibitorów metylotransferaz czy modulatorów acetylacji histonów.

Jakie geny są najczęściej metylowane w raku szyjki macicy?

Najczęściej hipermetylacji ulegają geny supresorowe nowotworów, takie jak CDH1, HIC1, RAR oraz p53. Częstość metylacji tych genów wzrasta wraz ze stopniem zaawansowania zmian nowotworowych.

Jaka jest rola długich niekodujących RNA?

Długie niekodujące RNA, takie jak HOTAIR czy MAGI2-AS3, regulują ekspresję genów poprzez wpływ na strukturę chromatyny. W raku szyjki macicy ich ekspresja jest często zaburzona przez białka HPV, co przyczynia się do transformacji nowotworowej.

Reklama
Reklama