DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3B在異常發(fā)育中作用的研究進(jìn)展

1、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3B在異常發(fā)育中作用的研究進(jìn)展         08-12-23 13:03:00     作者：成建    編輯：studa20【關(guān)鍵詞】  DNA甲基化 DNA甲基轉(zhuǎn)移酶 胚胎發(fā)育 CpG島    正常的DNA甲基化模式對于哺乳動物細(xì)胞的生長和發(fā)育至關(guān)重要，其通過基因沉默、印跡清除和重建、X染色體失活等作用于胚胎發(fā)育期在細(xì)胞內(nèi)建立特異的DNA甲基化模式，這種模式在胚胎發(fā)育和細(xì)胞

2、增殖過程中能穩(wěn)定傳遞，影響個體整個生長、發(fā)育過程。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3B(DNA methyltransferase 3B，DNMT3B)是哺乳動物體內(nèi)的DNA重新甲基化酶之一,在建立和維持個體的DNA甲基化模式的過程中起到了非常重要的作用。 關(guān)于DNMT3B的研究已經(jīng)越來越成為眾多科學(xué)研究者關(guān)注的熱點。    脊椎動物DNA鏈中的CpG島存在甲基化，CG序列的甲基化主要發(fā)生于胞嘧啶C5，這些CG序列中有70%80%是通過某種細(xì)胞類型特異性模式來修飾的1。胚胎發(fā)育、細(xì)胞分化、X染色體的失活、基因組印記以及轉(zhuǎn)位子的抑制等過程中的基因調(diào)控都涉及了DNA鏈中CpG島的甲基

3、化2?；蚪MDNA的甲基化主要通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases, DNMTs) 來完成3,DNMT催化S腺苷L甲硫氨酸的甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移至DNA胞嘧啶的5C上,實現(xiàn)DNA甲基化,建立和維持基因表達(dá)調(diào)控模式。目前哺乳動物中的DNMT主要由DNMT1、DNMT2、DNMT3等3個家族組成。DNMT1的主要作用是維持基因組DNA的甲基化水平，它是哺乳動物中唯一對半甲基化的位點有很強(qiáng)偏好性的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶4。DNMT2是真核生物中最小的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，到目前為止它的生物學(xué)功能還不是很清楚。DNMT3家族包括DNMT3A、DNMT3B和DNMT3L。DNMT3A、DNM

4、T3B的主要作用是催化DNA重新甲基化,其N末端都包含一個類似ATRX的結(jié)構(gòu)域(或稱為Plant HomeodomainPHD結(jié)構(gòu)域）和一個PWWP ( prolinetryptophantryptophanproline)結(jié)構(gòu)域，這兩個結(jié)構(gòu)域在與其他蛋白的相互作用及異染色質(zhì)的定位中有一定作用 1。DNMT3L雖沒有明確的甲基催化活性，但它在母源基因組印記的建立中起了主要作用，同時它還是DNMT3A、DNMT3B催化活性的刺激因子5。    1  DNMT3B和DNMT3A生物學(xué)作用的比較   DNMT3A和DNMT3B負(fù)責(zé)在生殖細(xì)胞

5、、胚胎干細(xì)胞中以及胚胎發(fā)育時期建立DNA甲基化模式，盡管兩者的氨基酸序列和生化活性有很明顯的相似，但它們卻有著不同的生物學(xué)作用6。在小鼠中研究發(fā)現(xiàn),DNMT3B蛋白在E4.5E7.5(embryonic day 4.57.5)是高表達(dá)的,隨后明顯下降,于E9.5時達(dá)最低水平；E10.5后才可檢測到DNMT3A蛋白,在已分化細(xì)胞和成體組織中DNMT3A和DNMT3B都是低表達(dá)的,而且DNMT3B的表達(dá)水平明顯低于DNMT3A7。DNMT3A缺失的小鼠胚胎發(fā)育不全，出生后3到4周死亡；缺乏DNMT3B的小鼠胚胎受精后發(fā)育不超過9.5 d即死亡。此外，DNMT3A對裸露的DNA甲基化效率比較高，而很

6、少對核小體核心部位的DNA進(jìn)行甲基化作用，與之相反，DNMT3B卻對核小體核心部位的DNA有明顯的甲基化作用8。    2  DNMT3B和胚胎發(fā)育    胚胎發(fā)育時,基因組的DNA甲基化經(jīng)歷了一個動態(tài)的重新編程過程,主要表現(xiàn)為受精后基因組的普遍去甲基化和植入后廣泛的重新甲基化。DNMT3B對胚胎的正常發(fā)育至關(guān)重要,研究顯示，DNMT3B基因完全敲除小鼠通常在胚胎發(fā)育至14.516.5 dpc（days post coital）時死亡。目前認(rèn)為DNMT3B基因完全敲除小鼠的胚胎致死可能和以下因素有關(guān)：正常情況下DNMT3B抑

7、制一些調(diào)控細(xì)胞生長的基因，DNMT3B基因完全敲除后導(dǎo)致這些基因的失控，從而導(dǎo)致細(xì)胞生長停滯；DNMT3B基因完全敲除小鼠胚胎中分離出來的MEF(mouse embryonic fibroblast)細(xì)胞呈現(xiàn)早衰現(xiàn)象9；在DNMT3B基因完全敲除小鼠中發(fā)現(xiàn)的多發(fā)性心血管缺陷也可能是導(dǎo)致胎死的原因；正常情況下，DNMT3B在胎盤組織中高度表達(dá)，當(dāng)其被敲除后導(dǎo)致胎盤發(fā)育缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致胎死10。    DNMT3B基因完全敲除的小鼠在胚胎時期死亡，但是攜帶DNMT3B基因 ICF (immunodeficiency centromeric instability and

8、 facial anomalies) 錯義突變小鼠可以足月分娩，同時表現(xiàn)出和人類ICF 綜合征患者相似的表型。ICF 綜合征是一種少見的常染色體隱性遺傳病，患者可以存活至成年期，但是表現(xiàn)出多種缺陷，其中免疫缺陷和顱面部異常是最明顯癥狀,其異常染色體特異性的定位于外周淋巴細(xì)胞1號和16號染色體著絲粒周邊區(qū)域，偶有9號染色體異常11。ICF綜合征是迄今為止發(fā)現(xiàn)的唯一一種由DNMT3B基因突變所導(dǎo)致的疾病，通過ICF患者與正常人之間的DNMT3B基因?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，DNMT3B基因突變主要集中在C末端催化區(qū)（圖112），這很可能直接影響了DNMT3B的酶活性。    3

9、60; DNMT3B和腫瘤    腫瘤的形成受到多種因素影響。研究證實，在眾多類型的腫瘤中，腫瘤細(xì)胞的DNA甲基化狀態(tài)發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為基因組總體的甲基化水平降低與特定基因啟動子區(qū)CpG島的甲基化水平升高13。眾所周知，DNA甲基化主要是由DNMTs來完成，因此，DNMTs與腫瘤細(xì)胞中發(fā)生的DNA甲基化狀態(tài)改變之間的關(guān)系以及DNMTs在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用成為眾多學(xué)者關(guān)注的問題。    腫瘤細(xì)胞中DNA甲基化狀態(tài)的改變不僅僅涉及了DNMTs在細(xì)胞內(nèi)的催化作用，同時，DNMTs本身作為一種作用因子和其他活性蛋白的相互作用同樣對腫瘤細(xì)胞

10、的DNA甲基化狀態(tài)產(chǎn)生影響，所以，關(guān)于DNMTs在腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)水平以及它和其他蛋白協(xié)同作用的研究同樣受到重視。    目前眾多研究顯示，在腫瘤細(xì)胞中普遍存在DNMT3B的高表達(dá)14，但一些研究報道DNMT3B在腫瘤細(xì)胞中呈表達(dá)下調(diào)。Park等15發(fā)現(xiàn)，在肝細(xì)胞癌中HBx蛋白(乙肝病毒X蛋白) 通過下調(diào)DNMT3B基因表達(dá)水平來誘導(dǎo)Satellite 2 重復(fù)序列的整體低甲基化，這提示DNMT3B在腫瘤組織中的表達(dá)情況可能因腫瘤類型、腫瘤發(fā)生發(fā)展階段等不同而存在差異。Liu等16在肺癌細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)香煙抽提物（cigarette smoke extract，CSE

11、）可以通過特異性地下調(diào)DNMT3B的表達(dá)水平來誘導(dǎo)神經(jīng)蛋白質(zhì)synucleingamma(SNCG)蛋白的表達(dá)，且RNA干擾DNMT3B的表達(dá)直接地增加SNCG mRNA 表達(dá)水平。    Rhee等17利用同源重組方法將HCT116（人結(jié)腸癌細(xì)胞系）細(xì)胞的DNMT3B基因和DNMT1基因敲除，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在DNMT3B基因和DNMT1基因雙敲除的HCT116細(xì)胞基因組中出現(xiàn)了明顯的去甲基化，其甲基化水平僅為野生型HCT116細(xì)胞基因組的3%左右。 Beaulieu等18用isotypespecific antisense inhibitors的方法在HCT116等細(xì)

12、胞系中將DNMT3B基因和DNMT3A基因敲除，他們發(fā)現(xiàn)DNMT3B基因敲除后可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡，DNMT3A基因敲除則不能誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,而在正常組織的細(xì)胞中DNMT3B基因或DNMT3A基因敲除均不能產(chǎn)生相同的誘導(dǎo)作用，他們同樣發(fā)現(xiàn)DNMT3B基因敲除可以重新激活腫瘤細(xì)胞中甲基化沉默基因的表達(dá)，表明DNMT3B對于調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長及異?；虺聊蟹浅Ｖ匾淖饔?8。    4  DNMT3B基因單核苷酸多態(tài)性在腫瘤風(fēng)險預(yù)測中的研究    單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism

13、，SNPs）是最常見的一種遺傳變異形式，許多研究已經(jīng)證實了一些酶變異體可以影響酶的表達(dá)和活性，因此推斷這些變異體可能和腫瘤的高發(fā)風(fēng)險有密切的聯(lián)系19。Lee 等20研究了DNMT3B基因283T>C 和-579G>T 在原發(fā)性肺癌發(fā)生中的情況，提示至少含有1個-283T等位基因的個體可以明顯降低患肺腺癌(AC)和小細(xì)胞肺癌(SM)的風(fēng)險；至少含有1個-579G等位基因可以明顯降低患肺腺癌(AC)和小細(xì)胞肺癌(SM)的風(fēng)險。DNMT3B基因-283T>C 多態(tài)性改變明顯降低了DNMT3B基因啟動子的活性，從而影響了DNMT3B基因的表達(dá),因此，他們認(rèn)為DNMT3B基因-283T

14、>C增加了個體對肺癌的易感性。此外，還有其他一些研究顯示DNMT3B基因-579G>T多態(tài)性改變可以明顯地增加個體患肺癌、頭頸部腫瘤、乳腺癌及結(jié)腸腺癌的風(fēng)險2022。DNMT3B基因-149C>T 是一個相對較晚鑒定出來的多態(tài)性改變，體外實驗顯示，DNMT3B基因-149C>T可以使DNMT3B基因啟動子活性增加30%22。Shen等21報道了它和韓國人肺癌發(fā)病風(fēng)險的增高有著密切的關(guān)系。    對于DNMT3B基因啟動子區(qū)SNPs的研究可能會因為地區(qū)和種族的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此，針對某一地區(qū)人群的DNMT3B基因SNPs的研究結(jié)果可能

15、并不適用其他的地區(qū)。Wu等23報道的關(guān)于DNMT3B -149C>T在中國漢族人群原發(fā)性肝癌中的研究結(jié)果顯示，原發(fā)性肝癌患者和健康對照組的C、T等位基因的分布頻率無明顯區(qū)別，提示了DNMT3B基因-149C>T 多態(tài)性改變可能和原發(fā)性肝癌的發(fā)生沒有明顯的關(guān)系。    5  DNMT3B和其他一些異常發(fā)育    Hayward等24在對家族性葡萄胎(FBHM)的研究中發(fā)現(xiàn)，DNMT3B缺失所引起的染色體或者其他蛋白的改變與FBHM的發(fā)生有密切的關(guān)系。Wu等25研究發(fā)現(xiàn)，和正常人的子宮內(nèi)膜及子宮內(nèi)膜異位癥患者的正常子宮內(nèi)膜相比較，DNMT3B在異位的子宮內(nèi)膜中表達(dá)明顯升高。OFCD（Oculofaciocardiodental syndrome)綜合征是一種少見的先天性異常綜合征， Hed