Софийски Университет “Св. Климент Охридски”

Биологически факултет, Катедра “Генетика”

КУРСОВА РАБОТА

На тема: Епигенетичен сайлънсинг при 

рак, свързан с  хиперметилиране на промотора

                     Автор: Надя Великова,

Специалност Молекулярна биология, ФН 9645

Ръководител: гл.ас. Светослав Димов,

Катедра “Генетика”

София, 2005

Съдържание

І. Въведение 

3

ІІ. Изложение 5

1. Метилиране на ДНК 

5

1.1. Същност 5

1.2. Молекулярна роля на метилирането на ДНК 

6

1.2.1. Съхранение на гените в транскрипционно неактивна форма 

6

1.2.2. ЦГ-острови 

7

1.3. Метилиране на ДНК при рак 

8

1.3.1. Загуба на метилиране на ДНК при рак 

8

1.3.2. Увеличение на метилирането на ДНК в промоторите на гените 

8

1.3.3. Биологичен ефект от хиперметилирането на промотора 

10

1.4. Белтъци, които участват в метилирането на ДНК 

11

1.4.1. ДНМТ 

11

1.4.2. Метил-цитозин свързващи белтъци и хистоново деацетилиране 

12

1.4.2.1.

 Генен сайлънсинг и хроматин 

12

1.4.2.2.

 Нуклеозоми 

12

1.4.2.3.

 Ацетилиране на хистоните 

13

1.4.2.4.

 Хистонов код 

13

2. Клинични   резултати   от   генния  сайлънсинг  при   рак   и   потенциални 

стратегии за превенция, прогнозиране и лечение на рак 

15

2.1. Обръщане на генния сайлънсинг 

15

2.1.1. Инхибитори на хистоновите деацетилази 

16

2.1.2. Инхибиране на ДНМТ 

17

2.2. Хиперметилиране на ЦГ-острови като молекулярен маркер за рак 

17

2.2.1. Ранна диагностика на рак 

18

2.2.2. Спорни въпроси 

18

2.2.3. Хиперметилиране и прогноза при рак 

19

ІІІ. Литература 

20

2

I. Въведение

Гените, свързани с рака, са разделени в две групи в зависимост от това дали 

рискът   от   рак   се   определя   от   увеличена   активност   на   генния   продукт   или   от 

понижена.   Гените   от   първия   клас,   при   които   рискът   се   определя   от   мутация, 

увеличаваща активността на гена, се наричат прото-онкогени. Техните мутантни 

форми  с  повишена   активност   се  наричат   онкогени.  Гените  от   втория  клас,   при 

които опасността от рак се определя от мутация, водеща до загуба на функцията на 

гена, се наричат туморсупресорни гени. 

Туморсупресорните гени могат да бъдат инактивирани по много различни 

начини с различни комбинации от генетични грешки, водещи до елиминиране или 

до увреждане на двете копия на гена. Първото копие например, може да се загуби 

чрез малка хромозомна делеция или да бъде инактивирано чрез точкова мутация. 

Епигенетични промени също могат да инактивират туморсупресорен ген. Терминът 

епигенетичен се отнася до наследствена промяна в начина на експресия на гена, 

която се определя от мехенизми, различни от промяна на основната нуклеотидна 

последователност на гена. Например промоторът на гена може да бъде метилиран 

или   самият   ген   да   премине   в   хетерохроматин,   ефективно   спирайки   генната 

експресия. Второто копие може да бъде инактивирано по сходен начин, но по-често 

е   елиминирано   чрез   по-ниско   специфични   механизми:   хромозомата,   носеща 

оставащото копие, може да се загуби от клетката, или нормалният ген може да бъде 

заместен от мутантна форма чрез митотична рекомбинация или генна инверсия.

Доказателствата   за   атипичен   генен  сайлънсинг  в   раковите   клетки   се 

увеличават всеки ден. Тази промяна в експресията на гена включва метилиране на 

ДНК в промотора на гена, мястото където започва транскрипцията на ДНК в РНК. 

Метилирането   на   ДНК   е   химична   промяна   в   структурата   на   ДНК, 

извършвана   от   ензими,   която   не   включва   промяна   на   нуклеотидната 

последователност. При гръбначните ДНК се метилира само в цитозинови остатъци, 

локализирани  5’  спрямо   гуанозин   в  ЦГ-динуклеотидите.  Метилиране   на  ДНК  в 

зоните, богати на ЦГ,наричани ЦГ-острови, е свързано с генен  сайлънсинг  и се 

наблюдава   при   инактивирането   на   Х-хромозомата   и   при   геномния   импринтинг. 

Метилирането на ДНК играе важна роля за нормалните физиологични процеси по 

3

време   на     ембрионалното   развитие   на   бозайниците.   Често   обаче   се   наблюдава 

необичайно   метилиране   на   нормално   неметилирани   ЦГ-острови   при 

трансформирани   клетки   и   това   се   свързва   с   транскрипционна   инактивация   на 

туморсупресорните   гени.   Ето   защо   анализът   на   метилирането   на   ЦГ-острови   в 

промотора на потенциалните туморсупресорни гени се превръща във важна част от 

разбирането на туморните процеси.

Фиг.1.   Шест   начина   за   загуба   на   оставащото   нормално   копие   от 

туморсупресорен ген

Клетка, която е дефектна по отношение на едното копие от туморсупресорен 

ген,  например  Rb  гена, обикновено  функционира  като нормална,  здрава клетка; 

фигурата показва как може да се загуби другото копие на гена и така да се развие 

рак. 

4

II. Изложение

1.Метилиране на ДНК

1.1. Същност

В основната нуклеотидна последователност на ДНК участват само четири 

бази   -   аденин,   гуанин,   цитозин   и   тимин.   Съществува   обаче   ковалентна 

модификация   на   пострепликационната   ДНК   (ДНК,   която   се   е   репликирала   в 

делящата   се   клетка),   която   произвежда   "пета   база"   -   метилцитозин. 

Метилцитозинът се формира при прибавяне на метиленова група към цитозиновия 

пръстен   при   реакция,   използваща  S-аденозил-метионин  като   донор   на   метил,   и 

катализирана от енизми, наречени  ДНК-метилтрансферази (ДНМТ). При човека и 

други   бозайници   тази   модификация   се   наблюдава   само   при   цитозин,   който 

предхожда гуанозин в нуклеотидната последователност на ДНК (цитозин-гуанин 

динуклеотид). Общата честота на ЦГ-динуклеотидите в генома е значително по-

ниска, отколкото математически предсказаната, вероятно защото метилирането на 

ДНК   прогресивно   е   намалило   количестовото   на   ЦГ-динуклеотидите   с   времето. 

Механизмът на намалението е свързан с тенденцията метилираният цитозин да се 

деаминира,   при   което   се   формира   тимидинов   остатък.   Ако   тази   мутация   не   се 

поправи,   промяната   на   цитозина   в   тимин   остава.   Намаляването   на   ЦГ-

динуклеотидите в генома е директно свързано с места на такива транзиции, и тази 

промяна   е   най-обичайната   форма   на   генетичен   полиморфизъм   (вариация)   в 

човешката

популация. 

5

Фиг.2. Метилиране на цитозин в генома на бозайник и ефект от инхибиране на 
метилирането с 5-азоцитидин 
Метилрането в пета позиция  в цитозиновия пръстен се катализира от семейство от 
три   активни   ензима   -  ДНК-метилтрансферази   (ДНМТ),  които   използват 
S-аденозил-метионин като донор на метиленова група (CH

3

). Тази реакция може да 

се блокира от лекарството  5-азоцитидин.  При включването на този компонент в 
ДНК   и   по   този   начин   измествайки   цитидина,   той   действа   като   директен   и 
необратим   инхибитор   на  ДНМТ,  тъй   като   съдържа   азот   вместо   въглерод   на 
позиция 5 в цитидиновия пръстен.

1.2.Молекулярна роля на метилирането на ДНК

1.2.1.Съхранение на гените в транскрипционно неактивна форма

При организми като дрожди и дрозофила рядко или никога се наблюдава 

метилиране на ДНК. Изледвания с бозайници показват, че метилирането на ДНК е 

свързано с експресията на гените: метилирането на промотора на гена обикновено е 

свързано с генен сайлънсинг.

Метилирането на ДНК може да запази голямо количество от некодиращата 

ДНК   в   клетките   на   по-висшите   организми   в   транскрипционно   инертна   фаза.   В 

действителност главната част  от метилирането в човешката ДНК се наблюдава в 

голяма   част   от   ДНК,   която   не   кодира   гени   (некодираща   ДНК).   Тази 

6