Диссертация (Клинико-патогенетические особенности патологических процессов шейки матки, ассоциированных с папилломавирусной инфекцией), страница 5

Рак в настоящее времярассматривается как беспорядочно измененная генетическая и эпигенетическаярегуляция [17, 18]. В последнее время все большее значение в понимании сутиканцерогенеза приобретают именно эпигенетические изменения.Впервые термин «эпигенетика» был предложен еще в 1942 г. Conrad HalWaddington. Эпигенетика является важной отраслью биологии, в частностигенетики, изучающая особенности эпигенетических изменений экспрессии генов,которые не нарушают последовательность и структуру ДНК.

В настоящее времяэпигенетика находится среди десяти важнейших технологий, которые вближайшей перспективе могут изменить мир и оказать существенное влияние начеловечество [75, 85, 87, 94, 98, 127, 128, 137, 147, 149, 189, 196, 205, 206, 218,225, 229, 241, 243].Согласно мнению многих современных исследователей, эпигенетика можетиграть более значимую роль в лечении и профилактике заболеваний, чем генетика[75, 149, 189, 196, 205, 206, 218, 225, 229, 241, 243]. Достижения эпигенетики впостгеномнуюэруоткрываютперспективыввыявленииновых,ранеенеизведанных молекулярных механизмов канцерогенеза. Определение ролиэпигенетических изменений в возникновении рака может существенно помочь вразработкеновыхпрофилактики.методовКромеэпигенетическиетого,изменения,егопатогенетическогоферменты,являютсяпрогнозированияобеспечивающиеперспективнымииобратимыемишенямидляпротивоопухолевой таргетной терапии [98, 127, 128, 137, 147, 149, 189, 196].Эпигенетические изменения характеризуются обратимостью и отсутствиемструктурных изменений ДНК.

Эпигенетические модификации могут быть какдолговременными,такикратковременными,приэтомимеетсямассавзаимосвязанных механизмов. В отличие от эпигенетических, генетическиеизменения представляют собой необратимые мутации, которые характеризуются24изменениями первичной структуры ДНК и стабильно наследуемы [205, 206, 218,225, 229, 241].Эпигенетические изменения, как правило, не передаются по наследству,однако может иметь место ряд трансгенеративных эпигенетических эффектов,при которых они наследуемы; как правило, это имеет место при адаптативныхмеханизмах [39].Эпигенетическиеизмененияхарактеризуютсятремяосновными,взаимосвязанными процессами: ацетилированием гистонов, метилированиемДНК и микро-РНК обусловленной РНК-интерференцией [39].Микро-РНК относятся к классу не кодирующих белок РНК.

Роль микроРНК важна в транскрипционной и посттранскрипционной регуляции экспрессиигенов путём РНК-интерференции. Мутации или ошибочная экспрессия микроРНК способна обусловливать их функционирование и в качестве онкогенов, чтоможет иметь практическое значение в диагностике и прогнозировании рака [84].Согласно общепризнанной концепции, метилирование ДНК — этомодификация молекулы ДНК без изменения ее нуклеотидной структурнойпоследовательности. Сущность процесса метилирования ДНК заключается вактивации или инактивации определенного гена. Метилирование осуществляетсяпутем присоединения метильной группы к цитозину в участках CpGдинуклеотида.

Как правило, метилирование гена приводит к подавлению ееэкспрессии.Уникальностьфеноменаметилированиязаключаетсявегообратимости, осуществляемой путем деметилирования цитозина. МетилированиеДНК происходит за счет ферментов: DNMT1, DNMT2, DNMT3a, DNMT3b [83,101, 146, 159, 160, 209].DNMT1 играет определенную роль во взрослом организме. DNMT1является белком, ассоциированным с HDAC1 и HDAC2, с фактором репликацииPCNA, белком гена-супрессора опухолевого роста Rb и др.

DNMT1 присоединяетметильные группы к одной из цепей ДНК при уже метилированнойкомплементарной цепи, то есть функциональная активность DNMT1 проявляетсяпри метилировании полуметилированных сайтов CpG. DNMT1 представлена в25виде нескольких изоформ, в частности: DNMT1 — соматическая форма; DNMT1b— промежуточный вариант; DNMT1o — изоформа, характерная для ооцитов.DNMT2 осуществляет процесс метилирования тРНК и не метилирует ДНК, всвязи с чем было предложено переименовать ее в TRDMT1 (tRNA aspartic acidmethyltransferase 1) [83, 101, 146].DNMT3a и DNMT3b обеспечивают метилирование ДНК на ранних стадияхразвития, а также в процессе дифференцировки клеток.

DNMT3a и DNMT3bодинаково интенсивно осуществляют метилирование как полуметилированных,так и неметилированных сайтов CpG. Функции указанных ферментов во многомперекрываются. Экспрессия генов DNMT3a и DNMT3b активно осуществляется внедифференцированных эмбриональных стволовых клетках. DNMT3a и DNMT3bассоциированы с HDAC1, DNMT1 и др. [159, 160, 209].В исследованиях Siegel E.M., Riggs B.M., Delmas A.L. [2015] было выявленоаномальное метилирование 10 генов (APC, CCNA, CDH1, CDH13, WIF1, TIMP3,DAPK1FHIT и Slit2) у 49 женщин с инвазивным плоскоклеточным РШМ [209].Согласно данным Chalertpet K., Pakdeechaidan W., Patel V. [2015],метилирование Циклина A1 (CCNA1) прочно ассоциируется с РШМ. Оказалось,что Е7 способен взаимодействовать с DNMT1 и приводить к метилированию иразвитию РШМ [101].Злокачественный процесс на раннем этапе развития сопровождаетсягиперметилированием CpG-динуклеотидов и инактивацией генов-супрессоровопухолевого роста.

Начальное подавление транскрипции осуществляется такназываемыми метилцитозин-связывающими белками, способными связываться сметилированными CpG-динуклеотидами и привлекать гистондеацетилазы, чтоприводит к модификации гистонов [133, 156, 167, 211, 228].Метилирование тесно связано с другим эпигенетическим процессом —ацетилированием гистонов. Ацетилирование гистонов — посттрансляционнаямодификация гистонов, осуществляемая за счет изменения электростатическоговзаимодействия между гистонами и ДНК [133, 156, 167].26Гистоны представляют собой ядерные белки, которые участвуют в упаковкенитей ДНК. Различают 5 видов гистонов: H 1/Н 5, H 2A, H 2B, H 3, H 4, из нихпоследние четыре, так называемые «коровые» гистоны, формируют нуклеосому,вокруг которой накручивается ДНК.

Кроме того, гистоны участвуют вэпигенетической регуляции процессов транскрипции, репликации и репарации.Главную роль в эпигенетических механизмах играют концевые части гистонов,называемые «хвостами», N-концевые «хвосты» гистонов содержат остаткиаминокислоты лизина. Ацетилирование регулируется за счет активностиследующихферментов:гистонацетилтрансфераз,гистондеацетилазиингибиторов гистондеацетилаз [133, 156, 167, 211, 228].Гистондеацетилазыспособствующие(histoneудалениюdeacetylases,ацетильнойHDAC)группы—гистонов,ферменты,тоестьдеацетилированию гистонов, тем самым играя важную роль в транскрипциипутем уменьшения доступности ДНК для влияющих на нее факторов.

Различаютмножество видов гистондеацетилаз — HDAC1, HDAC2, HDAC3, HDAC8,HDAC4, HDAC5, HDAC6, HDAC7, HDAC9, HDAC10, HDAC11. К настоящемувремени было идентифицировано восемнадцать различных HDACs, которыеклассифицированы на основании их структурных отличий на I, II, III и IV классы[89, 115].

I и II классы относятся к классическим, в то время как III класспредставляет собой семейство никотинамид аденин динуклеотид (nicotinamideadenine dinucleotide (NAD+))-зависимых протеинов. Функции и активность HDACsварьируют в зависимости от структуры и внутриклеточной локализации.Практически все деацетилазы, кроме HDAC3, содержат цинк.

КлассическиеHDACs отщепляют ацетильные группы остатков лизина в присутствии иона Zn 2+сохраненнойдеацетилазнойядернойобласти,продуцирующейнеацетилированный лизин и ацетат. HDACs класса I (включающего HDAC 1, 2, 3и 8) обычно располагаются в ядре и, как обнаруживается, катализируют ряднегистоновых субстратов, включая транскрипционные факторы помимо гистонов[133, 156, 167, 211, 228].27Ингибиторыгистондеацетилаз(iHDAC)—группаферментов,функционирующих путем вытеснения иона цинка и, соответственно, инактивациисменызарядов.iHDACспособствуютгиперацетилированию,атакжедеметилированию ДНК. В настоящее время ингибирование гистондеацетилазстало перспективной мишенью в терапии рака, так как iHDAC замедляют рост иприводят к апоптозу раковых клеток, а также обладают антипролиферативнойактивностью, в связи с чем ведутся активные разработки по их применению длятаргетной терапии злокачественных заболеваний [133, 156, 167, 211, 228].iHDACмогутдействоватьчерезтранскрипционнуюреактивациюбездействующих генов-супрессоров опухоли.

Взаимоотношения HDACs и iHDACвовлечены в коррекцию большинства ключевых клеточных процессов, включаятранскрипционное регулирование, апоптоз, восстановление повреждения ДНК,управление клеточным циклом, метаболизм и др. [76, 96, 151, 152, 163, 196, 221,222].Посколькуактивноенеопластическихпроцессов,функционированиевнастоящееHDACsвремяхарактерноразличныедляiHDACрассматриваются в качестве не только перспективного таргетного средствалечения рака, но и прогностического маркера онкопатологии.

Для полноценногофункционирования клетки гистоны подвергаются приблизительно шестнадцатитипам посттрансляционных модификаций путем ацетилирования, метилированияи фосфорилирования. Ферменты, ответственные за эти обратимые модификации,включают ацетилтрансферазы гистона и деацетилазы гистона, метилтрансферазыи деметилазы, киназы и фосфатазы и т.д. [133, 156, 167, 211, 228].Входефункционированияклеткигистоныстановятсясубъектомшестнадцати посттранскрипционных модификаций, в том числе и таких, какацетилирование, метилирование и фосфорилирование [113, 217]. Ферменты,ответственныезаацетилтрансферазыэтиобратимые[HATs]имодификации,гистоновыевключаютгистоновыедеацетилазы[HDACs],метилтрансферазы и деметилазы, киназы и фосфатазы и т.д.