DNA甲基轉移酶在腫瘤中的研究進展

裴嘉瑤+李洪艷

摘 要：DNA甲基化是表觀遺傳學的重要研究內容，DNA甲基化參與了生物體的染色體穩定、遺傳印記的維持等正常的生理活動過程。DNA甲基轉移酶是負責將甲基轉移到DNA上的酶。DNMT1，DNMT3A，DNMT3B是哺乳動物體內發揮作用的三種主要DNA甲基轉移酶，它們在細胞內單獨或聯合起來發揮著功能。本文對DNA甲基轉移酶在腫瘤發生發展中的作用加以概述。

關鍵詞：DNA甲基化，DNA甲基轉移酶，CpG島，腫瘤

引言

基因組表觀遺傳學是相對于傳統的遺傳學而提出的一個概念，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改變。這種修飾是可遺傳的，可對生物體產生長期效應[1]。DNA甲基化是表觀遺傳學的一個重要研究內容，是由DNA甲基轉移酶催化完成的，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生和發展。本文綜述了近年DNMTs在腫瘤中的研究進展。

1 DNA甲基化現象

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

2 DNA甲基轉移酶（DNMTs）

DNA甲基化修飾是由DNA甲基轉移酶催化完成的。目前為止，在哺乳動物體內主要存在三種DNA甲基轉移酶，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，但是目前通常認為它不是DNA甲基化酶。

2.1 DNMT 1

DNMT 1是第一個被克隆出來的DNA甲基轉移酶。它由N-端的調節區，C-端的催化區組成，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的半胱氨酸富集區可與未甲基化的CpG島作用。這說明除了催化區域外，DNMT1的其他結構域與酶的活性有重要關系。DNMT 1可以維持基因組中的全部甲基化。一般認為，它主要負責在DNA復制的過程中保持原來的DNA甲基化狀態。也就是說母鏈模板上某個位置的胞嘧啶被甲基化，在DNA復制時，DNMT 1就會識別這種半甲基化，催化子鏈相應位置的胞嘧啶發生甲基化。

2.2 DNMT 3

DNMT 3A和DNMT 3B都是由N-端的調節區，C-端的催化區組成，其C-端不需要與N-端相互作用就可以有催化活性，有很強的重新甲基化能力也具有保持甲基化的能力。最近一項研究發現，小鼠生殖細胞中存在新的DNA甲基轉移酶DNMT3C。DNMT3C表現出與DNMT3B的高度一致性，并且專攻新的逆轉錄轉座子的甲基化。除上述對哺乳動物的DNA甲基化必不可少的酶外，DNMT家族還包括另外兩個成員，DNMT2和DNMT3L。DNMT3L沒有催化活性，起調控作用，以DNMT3L-DNMT3A異四聚體的形式促進胞嘧啶殘基甲基化。

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系引起研究人員的關注。許多研究發現，DNA甲基化模式的改變導致了腫瘤的發生。在很多腫瘤中都發現DNMTs的表達異常。這說明DNMTs在生物體內發揮著重要的作用。通過研究者們對DNMTs損傷病人樣本的研究，發現DNMTs的異常與腫瘤發展之間存在一定的關系。DNMTs的異常主要可分為三類：表達異常，突變和缺失。

2.3.1 DNMTs表達異常

在眾多研究發現，DNMT表達異?？蓪е掳┌Y的發生。DNMTs（DNMT1，DNMT3A，DNMT3B）的過表達導致某些基因高度甲基化和致癌因子激活。在實體瘤中，DNMT1過表達導致病人的淋巴結轉移和預后不良。在大量的患有腫瘤的病人樣本中發現DNMT3A或者DNMT3B高度表達，在肝細胞中，高表達的DNMT3A具有致癌作用[2]。DNMT3B和CTCF高表達對乳腺癌中的 BRCA1 失活至關重要[3]。此外，在某些腫瘤中也出現DNMTs表達降低的現象。如Cao等在胃癌的研究中發現，DNMT3A表達量明顯下降。這些研究說明，DNMTs的表達異常和腫瘤密切相關。

2.3.2 DNMTs 突變

體細胞的DNMTs突變是許多腫瘤的顯著特征，并且能夠導致腫瘤的惡性轉化[4]。在癌癥基因組中發現，結腸癌中，DNMT1 失活引起的突變導致全基因組的甲基化狀態改變[5]。在血液惡性腫瘤中存在DNMT3A突變。急性骨髓白血?。ˋML）和骨髓異常增生癥（MDL）中DNMT3A頻繁地突變[6]。此外，DNMT3A突變，特別是催化區域的突變會大幅降低酶活性[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

研究發現，在成年小鼠中敲除DNMT3A后，誘發了造血干細胞的擴散[6]。此外DNMT3A缺失導致T細胞淋巴瘤和肺部腫瘤的發展。這些結果暗示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，缺失會導致DNA去甲基化，DNMT1對細胞淋巴瘤預防和維護是至關重要的。因此，DNMTs基因的缺失參與腫瘤的發展。

3 結語

DNA甲基化和DNA甲基轉移酶與腫瘤的發生發展密切相關。DNMTs的表達異常，是腫瘤細胞的一個特征。因此DNMTs有望成為研發治療癌癥藥物的靶點。另外，基于某些基因在腫瘤的發展進程中的重要作用，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（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.