高等藥物化學(xué)

1、DNA Methyltransferases（DNMTs）小組成員：戶 彪 阮 霞 趙麗杰 王 帥2014.11.7主要內(nèi)容主要內(nèi)容研究背景研究背景DNMTs分類及其結(jié)構(gòu)分類及其結(jié)構(gòu)DNMTs的功能的功能DNMTs抑制劑的相關(guān)研究抑制劑的相關(guān)研究表觀遺傳學(xué)是研究基因的表觀遺傳學(xué)是研究基因的DNADNA序列不發(fā)生變化的前提下，通過核苷序列不發(fā)生變化的前提下，通過核苷酸或染色體的可逆性修飾使基因表達(dá)可遺傳的變化的遺傳學(xué)分支學(xué)酸或染色體的可逆性修飾使基因表達(dá)可遺傳的變化的遺傳學(xué)分支學(xué)科?？?。研究背景研究背景近年來表觀遺傳學(xué)成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點，越來近年來表觀遺傳學(xué)成為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域

2、內(nèi)的研究熱點，越來越多的研究證明，很多疾病的發(fā)生與表觀遺傳修飾的異常相關(guān)，越多的研究證明，很多疾病的發(fā)生與表觀遺傳修飾的異常相關(guān)，如哮喘、肝癌、和如哮喘、肝癌、和HMT（histone methyl transferase）異常引）異常引起的多種腫瘤等。因此。人們越來越認(rèn)識到表觀遺傳學(xué)的相關(guān)研起的多種腫瘤等。因此。人們越來越認(rèn)識到表觀遺傳學(xué)的相關(guān)研究在人類許多疾病的防治過程中具有的重要意義。究在人類許多疾病的防治過程中具有的重要意義。表觀遺傳學(xué)的調(diào)控機制主要包括表觀遺傳學(xué)的調(diào)控機制主要包括DNA甲基化（甲基化（DNA methylation）、）、組蛋白修飾（組蛋白修飾（histone mod

3、ification）、非編碼）、非編碼 RNA（noncoding RNA，ncRNA）作用等。）作用等。DNA甲基化與腫瘤的關(guān)系甲基化與腫瘤的關(guān)系腫瘤發(fā)生是一個多步驟、多階段的復(fù)雜過程腫瘤發(fā)生是一個多步驟、多階段的復(fù)雜過程 , ,包括原癌基因激包括原癌基因激活和抑癌基因失活?；詈鸵职┗蚴Щ?。 近來近來 ,人們發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的總體甲基化水平比正常細(xì)胞低人們發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞的總體甲基化水平比正常細(xì)胞低 ,但是但是伴有某些伴有某些 CpG島甲基化程度增高。島甲基化程度增高。 位于正常細(xì)胞表達(dá)基因啟動子附近的位于正常細(xì)胞表達(dá)基因啟動子附近的 CpG島通常處于非甲基島通常處于非甲基化狀態(tài)；而在腫瘤細(xì)胞中化

4、狀態(tài)；而在腫瘤細(xì)胞中 ,這些這些 CpG島變?yōu)榧谆癄顟B(tài)島變?yōu)榧谆癄顟B(tài) ,其相其相關(guān)抑制基因的表達(dá)亦被關(guān)閉。抑癌基因的啟動子區(qū)甲基化水關(guān)抑制基因的表達(dá)亦被關(guān)閉。抑癌基因的啟動子區(qū)甲基化水平偏高，所以平偏高，所以研究研究DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑，以期能夠產(chǎn)生甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑，以期能夠產(chǎn)生抗癌效果?？拱┬Ч?。DNA 甲基化是第一個被確認(rèn)的表觀遺甲基化是第一個被確認(rèn)的表觀遺傳學(xué)修飾，參與調(diào)控基因表達(dá)和細(xì)胞分傳學(xué)修飾，參與調(diào)控基因表達(dá)和細(xì)胞分化的過程?；倪^程。 DNA 的存在不是孤立的，的存在不是孤立的，而是和組蛋白及其它染色體相關(guān)蛋白形而是和組蛋白及其它染色體相關(guān)蛋白形成一個復(fù)合體。在真核細(xì)胞

5、中，成一個復(fù)合體。在真核細(xì)胞中，DNA 以染色體的形式存在，核小體是染色體以染色體的形式存在，核小體是染色體的基本組成單位，由的基本組成單位，由 146 bp DNA 纏繞纏繞在以組蛋白在以組蛋白 H2A、H2B、H3 和和 H4 各各兩個分子為中心的八聚體上組成，每個兩個分子為中心的八聚體上組成，每個核心組蛋白由一個折疊區(qū)和一個氨基末核心組蛋白由一個折疊區(qū)和一個氨基末端結(jié)構(gòu)域形成，其顯著特征是其氨基末端結(jié)構(gòu)域形成，其顯著特征是其氨基末端伸向外圍，易于被甲基化、乙?；?、端伸向外圍，易于被甲基化、乙?；?、磷酸化、泛素化等共價修飾。另一類蛋磷酸化、泛素化等共價修飾。另一類蛋白，組蛋白白，組蛋白 H

6、1，可與線形，可與線形 DNA 結(jié)合結(jié)合以幫助后者形成高級結(jié)構(gòu)與核小體相連。以幫助后者形成高級結(jié)構(gòu)與核小體相連。 一、一、DNA甲基化甲基化DNA甲基化是指在甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，以甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下，以S-腺苷甲硫氨酸為甲腺苷甲硫氨酸為甲基供體，在基供體，在CpG二核苷酸的胞嘧啶分子的二核苷酸的胞嘧啶分子的5碳原子上添加一個甲基基碳原子上添加一個甲基基團的化學(xué)修飾團的化學(xué)修飾 。DNA的甲基化修飾主要發(fā)生在的甲基化修飾主要發(fā)生在CpG島（島（CpG islands, CpGIs），即跨），即跨越至少越至少200 個堿基對個堿基對 ，GC 含量超過含量超過 50%的的 DNA

7、片段，片段，主要位于基因主要位于基因的啟動子和第一外顯子區(qū)域的啟動子和第一外顯子區(qū)域 。首先首先DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶與甲基化轉(zhuǎn)移酶與DNA結(jié)合結(jié)合, 將目標(biāo)核苷酸反轉(zhuǎn)暴露將目標(biāo)核苷酸反轉(zhuǎn)暴露于于DNA雙螺旋之外雙螺旋之外, 并嵌入酶的袋形催化結(jié)構(gòu)域里。與此同并嵌入酶的袋形催化結(jié)構(gòu)域里。與此同時時, 堿基對氫鍵斷裂堿基對氫鍵斷裂, 鄰近堿基間堆積作用缺失。鄰近堿基間堆積作用缺失。DNA-C5甲甲基轉(zhuǎn)移酶的活性位點基轉(zhuǎn)移酶的活性位點(motif IV)中的保守序列中的保守序列PCQ中的半胱氨中的半胱氨酸殘基中的硫醇基對底物酸殘基中的硫醇基對底物C6位碳進行親核作用位碳進行親核作用, 并形成共價并形成

8、共價鍵激活。由于鍵激活。由于S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)的甲基基團結(jié)合于的甲基基團結(jié)合于S原子原子上上, 分子極不穩(wěn)定分子極不穩(wěn)定, 在酶的作用下甲基從在酶的作用下甲基從SAM轉(zhuǎn)移至被激活轉(zhuǎn)移至被激活的的C5, 隨著隨著C5位上質(zhì)子的釋放與共價中間物的轉(zhuǎn)變位上質(zhì)子的釋放與共價中間物的轉(zhuǎn)變, 最終完最終完成成DNA的甲基化修飾過程。的甲基化修飾過程。 原理原理二、二、DNMTs1948年年Hotchkiss在牛胸腺內(nèi)觀察到甲基轉(zhuǎn)移酶催化的在牛胸腺內(nèi)觀察到甲基轉(zhuǎn)移酶催化的DNA甲甲基化基化; 1964年年, Gold 和和Hurwitz等在等在Escherichia coli中鑒定出第中

9、鑒定出第一個一個DNA甲基轉(zhuǎn)移酶。甲基轉(zhuǎn)移酶。 分類分類DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMTs）催化和維持）催化和維持DNA的甲基化。的甲基化。根據(jù)催化根據(jù)催化反應(yīng)類型反應(yīng)類型 將腺嘌呤轉(zhuǎn)化成將腺嘌呤轉(zhuǎn)化成N6-甲基腺嘌呤甲基腺嘌呤; （原核生物）（原核生物） 將胞嘧啶轉(zhuǎn)化成將胞嘧啶轉(zhuǎn)化成N4-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶; （原核生物）（原核生物） 將胞嘧啶轉(zhuǎn)化成將胞嘧啶轉(zhuǎn)化成C5-甲基胞嘧啶。（原核生物；真核生物）甲基胞嘧啶。（原核生物；真核生物）DNMTs DNMT3aDNMT3LDNMT3b催化催化DNA復(fù)制復(fù)制過程中的半甲過程中的半甲基化基化CpGs維持甲基化維持甲基化從頭甲基化從頭甲

10、基化催化胚胎發(fā)催化胚胎發(fā)育期甲基化育期甲基化DNMT1調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白DNMT2tRNA甲基甲基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶微弱的微弱的DNA甲甲基化酶活性基化酶活性（哺乳動物）（哺乳動物）維持性甲基化酶維持性甲基化酶DNMT1，可在甲基化的，可在甲基化的DNA模板鏈指導(dǎo)下在對應(yīng)部位發(fā)生甲基模板鏈指導(dǎo)下在對應(yīng)部位發(fā)生甲基化；二是從頭甲基化酶化；二是從頭甲基化酶DNMT3，它必需甲基化的，它必需甲基化的DNA模版，可以使完全非甲基模版，可以使完全非甲基化的化的DNA完全甲基化修飾。完全甲基化修飾。DNMT1(維持甲基化維持甲基化)DNMT3(從頭甲基化從頭甲基化)DNMTs的甲基化作用的甲基化作用幾乎所有的甲基

11、化胞嘧啶殘基都出現(xiàn)在對稱序列的幾乎所有的甲基化胞嘧啶殘基都出現(xiàn)在對稱序列的5GC-3二核苷酸上二核苷酸上1、DNMT1DNMT1是是1988年年Bestor等從真核生物克隆出來的第一個等從真核生物克隆出來的第一個DNA甲基轉(zhuǎn)移酶。甲基轉(zhuǎn)移酶。DNMT1結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)183 kDaN-末端大結(jié)構(gòu)域末端大結(jié)構(gòu)域C-末端則為催化結(jié)構(gòu)域末端則為催化結(jié)構(gòu)域(CatD),11241 620aa 處處帶電結(jié)構(gòu)域帶電結(jié)構(gòu)域(結(jié)合結(jié)合DMP1轉(zhuǎn)錄抑制蛋白轉(zhuǎn)錄抑制蛋白)核定位信號核定位信號(NLS)PCNA結(jié)合位點結(jié)合位點復(fù)制叉作用位點復(fù)制叉作用位點鋅離子結(jié)合域鋅離子結(jié)合域CXXC(ZnD)polybromo結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)

12、域motif、折疊一起形成折疊一起形成SAM結(jié)合位點結(jié)合位點motif IV 中的中的PRO-CYS二肽二肽, 提供活性提供活性位點中的甲醇基位點中的甲醇基包含眾多調(diào)控位點包含眾多調(diào)控位點, 參與細(xì)胞參與細(xì)胞內(nèi)定位及催化活性的調(diào)節(jié)內(nèi)定位及催化活性的調(diào)節(jié)包含包含6 個甲基轉(zhuǎn)移酶高度保守位點個甲基轉(zhuǎn)移酶高度保守位點, motif、等等ZnD 優(yōu)先識別甲基化優(yōu)先識別甲基化CpG, ZnD與甲基化與甲基化DNA結(jié)合可以結(jié)合可以引發(fā)引發(fā)DNMT1催化中心的異構(gòu)激活催化中心的異構(gòu)激活, 從而引起甲基化蔓延。從而引起甲基化蔓延。CatD優(yōu)先作用于半甲基化底物優(yōu)先作用于半甲基化底物DNMT1還存在還存在3 個

13、不同的剪接異構(gòu)體個不同的剪接異構(gòu)體:DNMT1s, DNMT1o和和DNMT1p。 DNMT1s表達(dá)于體細(xì)胞中表達(dá)于體細(xì)胞中, DNMT1p只發(fā)現(xiàn)于粗線期精母細(xì)胞只發(fā)現(xiàn)于粗線期精母細(xì)胞, DNMT1o 特異性表達(dá)于卵母細(xì)胞和著床前胚胎中。特異性表達(dá)于卵母細(xì)胞和著床前胚胎中。DNMT1 的主要作用是在的主要作用是在 DNA 的復(fù)制和修復(fù)中維持其甲基化，特異性的復(fù)制和修復(fù)中維持其甲基化，特異性的作用于半甲基化的的作用于半甲基化的 CpGs 二核苷酸。二核苷酸。DNA 復(fù)制后，復(fù)制后，DNMT1 可識別可識別半甲基化的半甲基化的 CpGs 并依照模板鏈的甲基化模式合成新的甲基化并依照模板鏈的甲基化模

14、式合成新的甲基化 DNA。通過這個過程，通過這個過程， DNA 的甲基化修飾得以遺傳下來。的甲基化修飾得以遺傳下來。DNMT1p不具有不具有DNMT1活性活性, 因為它的第一外顯子因為它的第一外顯子ORF太短太短, 可能干擾可能干擾了正常翻譯。了正常翻譯。DNMT1oN-末端缺少末端缺少118個氨基酸個氨基酸, 但是獲得了更高的穩(wěn)定性但是獲得了更高的穩(wěn)定性, 在卵細(xì)胞在卵細(xì)胞胞漿能夠長期存在。當(dāng)胚胎發(fā)育至胞漿能夠長期存在。當(dāng)胚胎發(fā)育至8細(xì)胞階段時細(xì)胞階段時, DNMT1o 從胞漿轉(zhuǎn)移從胞漿轉(zhuǎn)移至核內(nèi)至核內(nèi), 并在第四次并在第四次S期復(fù)制中維持印記基因的甲基化。期復(fù)制中維持印記基因的甲基化。DN

15、MT1s是復(fù)制后維持甲基化的關(guān)鍵酶是復(fù)制后維持甲基化的關(guān)鍵酶, 沿沿DNA高速進行性甲基化高速進行性甲基化, CGCTC位點趨向終止此過程位點趨向終止此過程, 它可能是它可能是DNMT1作用的終止子作用的終止子, 但同時但同時也是阻遏轉(zhuǎn)錄因子也是阻遏轉(zhuǎn)錄因子CTCF的結(jié)合位點的結(jié)合位點, 通過募集通過募集CTCF或獨立途徑能夠阻或獨立途徑能夠阻止止DNA甲基化作用向甲基化作用向DNA非甲基化區(qū)域蔓延擴展。非甲基化區(qū)域蔓延擴展。DNMT1構(gòu)象上的變化與活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變有關(guān)構(gòu)象上的變化與活性狀態(tài)轉(zhuǎn)變有關(guān), 能影響近端氨基酸和催化結(jié)能影響近端氨基酸和催化結(jié)構(gòu)域的結(jié)合構(gòu)域的結(jié)合, 還可能引起還可能引起Se

16、r515的磷酸化。的磷酸化。DNMT3a和和DNMT3b擁有類似的結(jié)構(gòu)擁有類似的結(jié)構(gòu): 2、DNMT3 (1998年年)半胱氨酸富集的半胱氨酸富集的Zn 結(jié)合位點結(jié)合位點(含有多個含有多個Cys、 6 個個CXXC結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu))高度可變的高度可變的N-末端末端具有催化功能的具有催化功能的C 末端末端由于由于DNMT3a、DNMT3b的的DNA結(jié)合位點均較小結(jié)合位點均較小, 大約大約50個殘基左右個殘基左右, 因因此此, DNMT3常以二聚體形式存在以增大和底物的接觸面常以二聚體形式存在以增大和底物的接觸面, 在一次作用過程在一次作用過程中可以同時甲基化兩個中可以同時甲基化兩個CpG位點。位點。PW

17、WP (Proline tryptophan tryptophan proline)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域, 其可能與其可能與DNA非特異性結(jié)非特異性結(jié)合有關(guān)合有關(guān);DNMT3a 和和 DNMT3b 的功能主要是針對未甲基化的的功能主要是針對未甲基化的 CpGs 開始重新開始重新甲基化（甲基化（de novo methylation），對），對CpG位點的側(cè)翼序列有一定的傾位點的側(cè)翼序列有一定的傾向性。向性。5-CTTACpGCAAG-3優(yōu)先被識別優(yōu)先被識別, 而對而對5-TGTTCpG GTGG-3幾乎沒有活性。重新甲基化的過程主要發(fā)生在胚胎干細(xì)胞和癌癥細(xì)幾乎沒有活性。重新甲基化的過程主要發(fā)生在胚胎干

18、細(xì)胞和癌癥細(xì)胞。胞。DNMT3a對富含對富含CpG的片段甲基化效率不高的片段甲基化效率不高, 但是其作用更但是其作用更準(zhǔn)確。準(zhǔn)確。區(qū)別區(qū)別：DNMT3b能夠甲基化著絲粒遠(yuǎn)端的重復(fù)序列能夠甲基化著絲粒遠(yuǎn)端的重復(fù)序列, 其間具有高密其間具有高密度的度的CpG位點位點, 它是以進行性方式行使甲基化功能的它是以進行性方式行使甲基化功能的, 這種這種方式有利于短時間的甲基化。方式有利于短時間的甲基化。在在DNMT3a和和DNMT3b缺乏的胚胎干細(xì)胞中缺乏的胚胎干細(xì)胞中, DNMT3L 散散在分布于核和胞漿內(nèi)。在分布于核和胞漿內(nèi)。分布分布在結(jié)構(gòu)上在結(jié)構(gòu)上, DNMT3a與與DNMT3L 形成一個四聚體形成

19、一個四聚體, DNMT3a 二聚體二聚體位于中間位置位于中間位置, DNMT3L 二聚體位于外側(cè)二聚體位于外側(cè), 兩者通過兩者通過C-端相接觸。端相接觸。通過通過C-端的端的G718-L719-Y720結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), DNMT3L能夠穩(wěn)定能夠穩(wěn)定DNMT3a活活性位點的構(gòu)象性位點的構(gòu)象, 包括親核基團包括親核基團Cys706。DNMT3a- DNMT3L的結(jié)合的結(jié)合提供了一個穩(wěn)定而廣泛的極性作用提供了一個穩(wěn)定而廣泛的極性作用, 增強了增強了DNMT3a與與SAM的結(jié)合。的結(jié)合。 DNMT3a和和DNMT3b 存在時，存在時，DNMT3L作為作為DNA從頭甲基化調(diào)從頭甲基化調(diào)節(jié)因子可以通過與節(jié)因子可

20、以通過與DNMT3a和和DNMT3b的的C端結(jié)合而轉(zhuǎn)移入細(xì)胞端結(jié)合而轉(zhuǎn)移入細(xì)胞核內(nèi)核內(nèi), 可提高它們的催化活性可提高它們的催化活性, 正向調(diào)節(jié)正向調(diào)節(jié)DNA從頭甲基化。從頭甲基化。作用：作用：DNMT3L是一種是一種DNMT3類似蛋白類似蛋白, 具有半胱氨酸富集的鋅結(jié)合區(qū)域具有半胱氨酸富集的鋅結(jié)合區(qū)域, 缺少缺少C端的酶催化活性域端的酶催化活性域, 所以沒有單獨的催化活性。所以沒有單獨的催化活性。DNMT2存在于胞漿和核內(nèi)存在于胞漿和核內(nèi), 細(xì)胞內(nèi)定位顯示大量的細(xì)胞內(nèi)定位顯示大量的DNMT2結(jié)合于核結(jié)合于核基質(zhì)處基質(zhì)處, 在有絲分裂前期進入細(xì)胞核內(nèi)在有絲分裂前期進入細(xì)胞核內(nèi), 呈現(xiàn)類紡錘體式定

21、位呈現(xiàn)類紡錘體式定位, 并在并在細(xì)胞分裂過程中可觀察到與細(xì)胞分裂過程中可觀察到與DNA結(jié)合。結(jié)合。3、DNMT2 (1998年年)結(jié)構(gòu)研究表明：結(jié)構(gòu)研究表明：DNMT2序列與原核生物序列與原核生物DNA甲基轉(zhuǎn)移酶高度同源；甲基轉(zhuǎn)移酶高度同源；缺乏缺乏N-末端活性結(jié)構(gòu)域末端活性結(jié)構(gòu)域, 包括包括391個氨基酸個氨基酸, 大小約為大小約為40 kDa, 含有含有10個高度保守個高度保守DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因序列；甲基轉(zhuǎn)移酶基因序列；在在motif -區(qū)有區(qū)有41個保守的氨基酸個保守的氨基酸,其中包其中包Cys-Phe -Thr三肽和三肽和Asp-Ile二肽二肽, 這個區(qū)域與原核生物這個區(qū)域與原核生物

22、DNA甲甲基轉(zhuǎn)移酶的基轉(zhuǎn)移酶的TRD結(jié)構(gòu)域相一致。結(jié)構(gòu)域相一致。在組織內(nèi)在組織內(nèi), DNMT2 表達(dá)廣泛表達(dá)廣泛, 主要存在于肌肉、發(fā)育中的胚胎內(nèi)臟、主要存在于肌肉、發(fā)育中的胚胎內(nèi)臟、卵巢囊腫以及增殖中的睪丸細(xì)胞。卵巢囊腫以及增殖中的睪丸細(xì)胞。DNMT2的功能性底物為的功能性底物為RNA分子分子, tRNAAsp是其主要靶標(biāo)是其主要靶標(biāo), 它能夠它能夠特異性甲基化特異性甲基化tRNAAsp反密碼子環(huán)反密碼子環(huán)38C，這個功能具有高度的保守，這個功能具有高度的保守性。性。人們對人們對DNMT2功能的認(rèn)識一直存在爭議。目前研究認(rèn)為它的功能的認(rèn)識一直存在爭議。目前研究認(rèn)為它的DNA甲甲基化酶活性可能

23、非常弱基化酶活性可能非常弱, 而且識別位點并非而且識別位點并非CpG, 因而在體外酶活性因而在體外酶活性實驗中實驗中, 常常難以觀測到常常難以觀測到DNA甲基化酶活性。甲基化酶活性。在果蠅胚胎中的研究證實在果蠅胚胎中的研究證實, DNMT2的作用位點主要是的作用位點主要是CpT 和和CpA, 其其過表達(dá)將導(dǎo)致基因組顯著高甲基化。過表達(dá)將導(dǎo)致基因組顯著高甲基化。DNMT2的的C79A、E119A、R160A和和R162A位點是位點是DNMT2催化活性所催化活性所必需的必需的, 而它們與其他而它們與其他DNMTs相應(yīng)位點具有高度的一致性，所以，認(rèn)相應(yīng)位點具有高度的一致性，所以，認(rèn)為為DNMT2和和

24、DNMT1、DNMT3a、DNMT3b的催化機制極其類似。的催化機制極其類似。3、DNMTs家族成員及其結(jié)構(gòu)家族成員及其結(jié)構(gòu)三、三、DNMTs的功能的功能1、DNMTs與基因表達(dá)與基因表達(dá)一般認(rèn)為一般認(rèn)為DNA甲基化通過兩種途徑抑制基因表達(dá)甲基化通過兩種途徑抑制基因表達(dá):直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子與甲基化的直接阻礙轉(zhuǎn)錄因子與甲基化的CpG島結(jié)合島結(jié)合, 直接抑制基因表達(dá)；直接抑制基因表達(dá)；通過招募通過招募DNA甲基結(jié)合蛋白甲基結(jié)合蛋白(Methyl-CpG-binding proteins, MBP)及一些阻礙復(fù)合物及一些阻礙復(fù)合物, 阻止轉(zhuǎn)錄因子與特定阻止轉(zhuǎn)錄因子與特定DNA 序列結(jié)合序列結(jié)合, 間接

25、抑制基因表達(dá)。間接抑制基因表達(dá)。DNMT的基因表達(dá)抑制作用與組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑相關(guān)的基因表達(dá)抑制作用與組蛋白修飾和染色質(zhì)重塑相關(guān)DNMTs與組蛋白修飾與組蛋白修飾相關(guān)因子的相互作用相關(guān)因子的相互作用是是 DNMT 調(diào)控基因表調(diào)控基因表達(dá)的重要手段。達(dá)的重要手段。DNMT1的的 N 端可與端可與 HDAC1、HDAC2 結(jié)結(jié)合，合，DNMT3a 、DNMT3b 也可招募也可招募 HDAC，從而使組蛋，從而使組蛋白去乙?；?；白去乙?；?；DNMTs還與組蛋白甲基化相關(guān)。還與組蛋白甲基化相關(guān)。DNMT1的的N端可以招募組蛋白甲基端可以招募組蛋白甲基化酶化酶Suv39h1 (Suppressor o

26、f variegation 3-9 homolog 1)和識和識別別HP1 (Heterochromatin protein 1)；Dnmt3a也可與能識別甲基化也可與能識別甲基化組蛋白的組蛋白的HP1和能直接識別對稱甲和能直接識別對稱甲基化組蛋的基化組蛋的H4R3me2s (Symmetric methylation of histone H4 arginine 3)相互作用。相互作用。DNMT1的的N端可以識別端可以識別DNA甲基結(jié)合蛋白甲基結(jié)合蛋白MBP家族中的家族中的MBD1 (Methyl-CpG binding domain 1)、MBD3、MeCP2 (Methyl-CpG bi

27、nding protein 2)，DNMT通過招募這些蛋白通過招募這些蛋白, 與組蛋白修飾和染色體重與組蛋白修飾和染色體重塑共同作用塑共同作用, 間接抑制基間接抑制基因表達(dá)。因表達(dá)。DNMT間接的基間接的基因沉默作用還表因沉默作用還表現(xiàn)在與一些共抑現(xiàn)在與一些共抑制子的相互作用制子的相互作用上。如上。如DNMT3a可以與一種轉(zhuǎn)錄可以與一種轉(zhuǎn)錄抑制蛋白抑制蛋白RP58結(jié)結(jié)合合, 二者共同抑制二者共同抑制基因表達(dá)?；虮磉_(dá)。抑制基因表達(dá)抑制基因表達(dá)DNMT3b在在HeLa細(xì)胞中細(xì)胞中可以與共抑制子可以與共抑制子SIN3A (Kinetochore associated protein)相互作用相互作

28、用, 同時同時也可與驅(qū)動蛋白也可與驅(qū)動蛋白KIF4A (Kinesin family member 4A)和凝縮蛋白和凝縮蛋白（condensin）相互作用）相互作用參與染色質(zhì)濃縮。參與染色質(zhì)濃縮。DNMT與相關(guān)蛋白的相互作用也與相關(guān)蛋白的相互作用也是是DNMT參與組蛋白修飾、染色參與組蛋白修飾、染色體變構(gòu)的途徑體變構(gòu)的途徑一些研究表明一些研究表明 DNMT 與基因沉默相關(guān)因子與基因沉默相關(guān)因子 PcG（Polycomb group）可相互作用。主要通過）可相互作用。主要通過PcG 蛋白組成的多聚復(fù)合物蛋白組成的多聚復(fù)合物 PRC（Polycomb repressive complexes）2

29、 和和 3 中的中的 EZH2 與與 DNMT 相互作用，共同抑制基因的表達(dá)。相互作用，共同抑制基因的表達(dá)。最近的一項研究中最近的一項研究中, 小鼠小鼠LSD1 的編碼基因的編碼基因Aof 2被敲除后被敲除后DNA甲基化水平下降甲基化水平下降, DNMT1水平下降。組蛋白甲基化酶水平下降。組蛋白甲基化酶SET7 也可調(diào)控也可調(diào)控DNMT1的穩(wěn)定性，的穩(wěn)定性，SET7通過直接與通過直接與DNMT1相互作用相互作用, 并特異地甲基化并特異地甲基化DNMT1的第的第142位賴氨酸位賴氨酸, 實現(xiàn)實現(xiàn)其對其對DNMT1數(shù)量和活性的抑制作用。數(shù)量和活性的抑制作用。因此，這些因子可以通過調(diào)控因此，這些因子

30、可以通過調(diào)控DNMT的的數(shù)量和活性間接參與基數(shù)量和活性間接參與基因沉默因沉默, 同時同時DNMT也通過這些因子參與其他水平的基因表達(dá)也通過這些因子參與其他水平的基因表達(dá)調(diào)控作用。調(diào)控作用。DNMTs將基因啟動子區(qū)的將基因啟動子區(qū)的DNA甲基化也是抑制基因表達(dá)最甲基化也是抑制基因表達(dá)最常見的表觀遺傳現(xiàn)象之一常見的表觀遺傳現(xiàn)象之一 。啟動子區(qū)發(fā)生甲基化后，甲基基團本身以及甲基化啟動子區(qū)發(fā)生甲基化后，甲基基團本身以及甲基化DNA募募集的甲基化結(jié)合蛋白，如集的甲基化結(jié)合蛋白，如MeCP2，所造成的空間位阻能夠，所造成的空間位阻能夠抑制轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。此外，抑制轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合。此外，MeCP2可以募集組

31、蛋白去乙可以募集組蛋白去乙?；铬；? HDAC) 的結(jié)合，使甲基化的結(jié)合，使甲基化DNA附近的組蛋白發(fā)生附近的組蛋白發(fā)生去乙?；?，形成較為緊密的染色質(zhì)構(gòu)象從而抑制轉(zhuǎn)錄。去乙?；?，形成較為緊密的染色質(zhì)構(gòu)象從而抑制轉(zhuǎn)錄。原理：原理：2、DNMTs與基因印記與基因印記基因印記是指來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給基因印記是指來自父方和母方的等位基因在通過精子和卵子傳遞給子代時發(fā)生了某種修飾子代時發(fā)生了某種修飾, 這種作用使其后代僅表達(dá)父源或母源等位這種作用使其后代僅表達(dá)父源或母源等位基因的一種?；虻囊环N。迄今迄今, 在哺乳動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的印記基因大約有在哺乳動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的印記基因

32、大約有70多種多種, 其表達(dá)控其表達(dá)控制著胚胎的發(fā)生、發(fā)育過程。制著胚胎的發(fā)生、發(fā)育過程。與胚胎發(fā)育相關(guān)的與胚胎發(fā)育相關(guān)的DNMTs主要包括主要包括3種種: DNMT1o、DNMT3a2、DNMT3L。在發(fā)育早期在發(fā)育早期, DNMT1o 是維持印記基因甲基化形式的主要酶之一。是維持印記基因甲基化形式的主要酶之一。它在卵細(xì)胞它在卵細(xì)胞1、4細(xì)胞階段存在于胞漿中細(xì)胞階段存在于胞漿中, 8 細(xì)胞階段則轉(zhuǎn)移入核內(nèi)。細(xì)胞階段則轉(zhuǎn)移入核內(nèi)。胚泡植入后胚泡植入后, DNMT1o 則被則被DNMT1s取代。取代。DNMT3L缺乏酶活性缺乏酶活性, 然而卻是卵細(xì)胞從頭甲基化所必需的然而卻是卵細(xì)胞從頭甲基化所必

33、需的, DNMT3L 缺乏引起不孕。缺乏引起不孕。3、DNMTs與與基因組不穩(wěn)定性基因組不穩(wěn)定性基因組不穩(wěn)定包括基因組不穩(wěn)定包括DNA序列改變序列改變, 非整倍體性非整倍體性, 染色體易位染色體易位, 基因基因拷貝數(shù)增加等。拷貝數(shù)增加等。DNMTs可能從以下幾個方面影響基因組穩(wěn)定性：可能從以下幾個方面影響基因組穩(wěn)定性：(1) 影響端粒的完整性影響端粒的完整性可能與可能與DNMTs對非對非CpG位點的甲基化有關(guān)。而在位點的甲基化有關(guān)。而在 DNMTs缺陷的胚胎干細(xì)胞中缺陷的胚胎干細(xì)胞中, 這種甲基化修飾明這種甲基化修飾明顯減少顯減少, 導(dǎo)致端粒重組增多導(dǎo)致端粒重組增多, 主要表現(xiàn)為姐妹染色主要表

34、現(xiàn)為姐妹染色體交換增多和端粒長度不一體交換增多和端粒長度不一(2) 影響轉(zhuǎn)座元件的活性影響轉(zhuǎn)座元件的活性當(dāng)環(huán)境或其他因素導(dǎo)致當(dāng)環(huán)境或其他因素導(dǎo)致DNMTs活性降低時活性降低時, 基因組出基因組出現(xiàn)低甲基化狀態(tài)現(xiàn)低甲基化狀態(tài), 甲基化不足引起眾多轉(zhuǎn)座元件的激甲基化不足引起眾多轉(zhuǎn)座元件的激活活, 從而出現(xiàn)基因組不穩(wěn)定從而出現(xiàn)基因組不穩(wěn)定(3) 影響影響DNA錯配修復(fù)系統(tǒng)錯配修復(fù)系統(tǒng)(MMR)的效率的效率DNMT1的喪失可能阻礙的喪失可能阻礙DNA復(fù)制復(fù)制相關(guān)的相關(guān)的MMR進程進程, 從而導(dǎo)致從而導(dǎo)致MMR效率的下降效率的下降4、DNMTs與與染色質(zhì)修飾體系染色質(zhì)修飾體系組蛋白去乙?；附M蛋白去乙酰

35、化酶(HDAC)是組蛋白修飾體系中的一個重要成份是組蛋白修飾體系中的一個重要成份, 轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物DNMTs/HDAC或或MBP/HDAC參與沉默各種組織參與沉默各種組織特異性基因和印記基因。特異性基因和印記基因。參與參與polycomb 蛋白蛋白(PcG)作用過程作用過程通過通過DNMTs保守的保守的PHD結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu), DNMT3a、DNMT1均能與均能與H3K9甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶SUV39H1以及以及SUV39H1結(jié)合伴侶結(jié)合伴侶HP1結(jié)合結(jié)合, 影影響它們甲基化響它們甲基化H3K9的活性的活性, 并對并對H3K4甲基化也可能產(chǎn)生影甲基化也可能產(chǎn)生影響。此外響。此外, DNM

36、T1 能與能與hSNF2H 染色質(zhì)重塑酶結(jié)合染色質(zhì)重塑酶結(jié)合, 高親和高親和力結(jié)合力結(jié)合DNA 底物。底物。5、DNMTs與與疾病疾病DNMTs異?？赡芡ㄟ^異?？赡芡ㄟ^3種方式改變種方式改變DNA甲基化模式而導(dǎo)致疾病甲基化模式而導(dǎo)致疾病:正常情況下高甲基化的正常情況下高甲基化的CpG島出現(xiàn)低甲基化或未甲基化島出現(xiàn)低甲基化或未甲基化的的CpG島出現(xiàn)高甲基化島出現(xiàn)高甲基化, 從而引起某些基因不正確地激活從而引起某些基因不正確地激活或沉默；或沉默；印記基因失調(diào)影響機體生長發(fā)育印記基因失調(diào)影響機體生長發(fā)育, 與一些先天性疾病有關(guān)；與一些先天性疾病有關(guān)；DNMTs功能缺陷引起基因組不穩(wěn)定。功能缺陷引起基

37、因組不穩(wěn)定。DNMTs與與DNA高甲基化高甲基化現(xiàn)在認(rèn)為，腫瘤細(xì)胞具有以下特征現(xiàn)在認(rèn)為，腫瘤細(xì)胞具有以下特征: 逃避細(xì)胞死亡逃避細(xì)胞死亡 (resisting cell death)對生長抑制信號不敏感對生長抑制信號不敏感( evading growth suppressors)誘導(dǎo)新血管生成誘導(dǎo)新血管生成( inducingangiogenesis) 無限的復(fù)制潛能無限的復(fù)制潛能(enabling replicative immortality)組織浸潤和轉(zhuǎn)移組織浸潤和轉(zhuǎn)移 (activating invasionandmetastasis) 持續(xù)的增殖信號持續(xù)的增殖信號(sustainin

38、g proliferativesignaling)能量代謝的改變能量代謝的改變(reprogrammingof energy metabolism)逃避免疫系統(tǒng)的破壞逃避免疫系統(tǒng)的破壞 ( evading immunedestruction)近年來近年來的研究的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，特定基特定基因的因的DNA高高甲基化甲基化在這些在這些過程中過程中均發(fā)揮均發(fā)揮重要作重要作用。用。逃避細(xì)胞死亡逃避細(xì)胞死亡通常情況下，細(xì)胞在接觸抑制輻射凋亡信號分子等刺激時會發(fā)生凋亡，但是通常情況下，細(xì)胞在接觸抑制輻射凋亡信號分子等刺激時會發(fā)生凋亡，但是癌細(xì)胞卻可以不受凋亡的控制，而大量分裂增殖。癌細(xì)胞卻可以不受凋亡的控

39、制，而大量分裂增殖。p53基因是一個重要的抑癌基因，可以促使損傷細(xì)胞發(fā)生凋亡，基因是一個重要的抑癌基因，可以促使損傷細(xì)胞發(fā)生凋亡，50%的癌的癌癥中存在癥中存在p53基因的突變失活?；虻耐蛔兪Щ?。p53基因編碼區(qū)的甲基化狀態(tài)容易因為脫基因編碼區(qū)的甲基化狀態(tài)容易因為脫氨基作用發(fā)生氨基作用發(fā)生5mC -T的轉(zhuǎn)換。同時，的轉(zhuǎn)換。同時，INK4a/ARF抑癌基因啟動子區(qū)域的抑癌基因啟動子區(qū)域的甲基化可以使甲基化可以使p14 ARF表達(dá)下降，導(dǎo)致原來受表達(dá)下降，導(dǎo)致原來受p14 ARF抑制的抑制的MDM2表達(dá)表達(dá)上升，上升，MDM2 進而結(jié)合進而結(jié)合p53并使后者發(fā)生蛋白質(zhì)水平的降解，使細(xì)胞逃避并使后

40、者發(fā)生蛋白質(zhì)水平的降解，使細(xì)胞逃避p53引起的凋亡。引起的凋亡。BCL-2相關(guān)蛋白相關(guān)蛋白BNIP3，是一個凋亡相關(guān)因子，它定位于線粒體，可以誘，是一個凋亡相關(guān)因子，它定位于線粒體，可以誘導(dǎo)細(xì)胞在缺氧情況下發(fā)生凋?qū)Ъ?xì)胞在缺氧情況下發(fā)生凋 亡。亡。 BNIP3啟動子區(qū)域包含啟動子區(qū)域包含CpG島，細(xì)胞惡變島，細(xì)胞惡變時時BNIP3 啟動子區(qū)高甲基化引起啟動子區(qū)高甲基化引起B(yǎng)NIP3表達(dá)沉默，導(dǎo)致細(xì)胞逃避缺氧時的表達(dá)沉默，導(dǎo)致細(xì)胞逃避缺氧時的凋亡。凋亡。舉例：舉例：對生長抑制信號不敏感對生長抑制信號不敏感細(xì)胞生長抑制因子對細(xì)胞生長的調(diào)控存在多種機制，其中由細(xì)胞生長抑制因子對細(xì)胞生長的調(diào)控存在多種機

41、制，其中由pRb參與的參與的G1/S檢測點調(diào)控尤其重要。檢測點調(diào)控尤其重要。 未磷酸化的未磷酸化的pRb與與E2F結(jié)合，阻止細(xì)胞從結(jié)合，阻止細(xì)胞從G1期進入期進入S期。期。正常情況下正常情況下p16蛋白與蛋白與CDK4/6結(jié)合，阻止結(jié)合，阻止CDK復(fù)合物與周期蛋白復(fù)合物與周期蛋白D結(jié)合，結(jié)合，使使pRb不能磷酸化。不能磷酸化。p16基因的啟動子區(qū)域甲基化后，其表達(dá)被抑制，使得基因的啟動子區(qū)域甲基化后，其表達(dá)被抑制，使得p16蛋白依賴的蛋白依賴的TGF-生長抑制信號通路失去作用。生長抑制信號通路失去作用。調(diào)控機制：調(diào)控機制：新血管的生成是癌癥發(fā)生中重要的步驟。新血管的生成是癌癥發(fā)生中重要的步驟。

42、誘導(dǎo)新血管生成誘導(dǎo)新血管生成血小管反應(yīng)蛋白血小管反應(yīng)蛋白1( thrombospondin-1，TSP1) 是另一個抑制血管生成是另一個抑制血管生成的蛋白，的蛋白，TSP1基因啟動子區(qū)域甲基化引起基因表達(dá)抑制，進而導(dǎo)致腫瘤基因啟動子區(qū)域甲基化引起基因表達(dá)抑制，進而導(dǎo)致腫瘤發(fā)生過程中細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)和血管生成。發(fā)生過程中細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu)和血管生成。新血管生成首先需要金屬蛋白酶新血管生成首先需要金屬蛋白酶 (matrix metalloproteinases，MMP)分解分解細(xì)胞外基質(zhì)，再通過血管內(nèi)皮生長因子細(xì)胞外基質(zhì)，再通過血管內(nèi)皮生長因子 (vascular endothelial growth

43、factor，VEGF) 來誘導(dǎo)血管生成。來誘導(dǎo)血管生成。組織金屬蛋白酶抑制劑組織金屬蛋白酶抑制劑3( metalloproteinase inhibitor 3，TIMP3) 可以抑可以抑制金屬蛋白酶的活性，同時與制金屬蛋白酶的活性，同時與VEFGR2結(jié)合阻止血管生成。腫瘤細(xì)胞中啟結(jié)合阻止血管生成。腫瘤細(xì)胞中啟動子區(qū)域的甲基化引起部分動子區(qū)域的甲基化引起部分TIMP3的下調(diào)，從而導(dǎo)致心血管生成。的下調(diào)，從而導(dǎo)致心血管生成。無限的復(fù)制潛能無限的復(fù)制潛能癌細(xì)胞無限的復(fù)制潛能主要與端粒酶活性的升高有關(guān)。癌細(xì)胞無限的復(fù)制潛能主要與端粒酶活性的升高有關(guān)。端粒酶的重要組成部分人端粒酶逆轉(zhuǎn)酶端粒酶的重要組

44、成部分人端粒酶逆轉(zhuǎn)酶 (human telomerase reverse transcriptase，hTERT) 的活性與端粒酶活性高度相關(guān)，且的活性與端粒酶活性高度相關(guān)，且hTERT的激的激活依賴于啟動子區(qū)域的甲基化?；钜蕾囉趩幼訁^(qū)域的甲基化。端粒酶可以利用端粒酶可以利用RNA逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄DNA，解決，解決DNA復(fù)制時末端缺失的問題。復(fù)制時末端缺失的問題。正常情況下端粒酶只有在受精卵和干細(xì)胞中才有活性，而腫瘤細(xì)胞大正常情況下端粒酶只有在受精卵和干細(xì)胞中才有活性，而腫瘤細(xì)胞大多具有高活性的端粒酶。多具有高活性的端粒酶。組織的浸潤和轉(zhuǎn)移組織的浸潤和轉(zhuǎn)移組織浸潤和轉(zhuǎn)移是細(xì)胞惡變的重要特征。組織

45、浸潤和轉(zhuǎn)移是細(xì)胞惡變的重要特征。正常情況下，由正常情況下，由a-連環(huán)蛋白連環(huán)蛋白(a-catenin) 把把 -連環(huán)蛋白和連環(huán)蛋白和E-cadherin固定到固定到胞內(nèi)肌動蛋白纖維上來加固細(xì)胞連接，胞內(nèi)肌動蛋白纖維上來加固細(xì)胞連接， 轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞E-cadherin普遍表普遍表達(dá)下降。達(dá)下降。 研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)，E-cadherin表達(dá)下降是通過啟動子區(qū)域的甲基化來表達(dá)下降是通過啟動子區(qū)域的甲基化來實現(xiàn)的。實現(xiàn)的。KiSS-1是近年發(fā)現(xiàn)的一個重要的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因，它可能通過抑制是近年發(fā)現(xiàn)的一個重要的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制基因，它可能通過抑制IV型型膠原酶和促進膠原酶和促進E-cadher

46、in表達(dá)來抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。啟動子甲基化所導(dǎo)致的表達(dá)來抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。啟動子甲基化所導(dǎo)致的KiSS-1表達(dá)抑制在胃癌、膀胱癌、肝癌的轉(zhuǎn)移中都有重要的作用。表達(dá)抑制在胃癌、膀胱癌、肝癌的轉(zhuǎn)移中都有重要的作用。抑癌基因抑癌基因LZTS1的啟動子甲基化所導(dǎo)致的表達(dá)下降與乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)的啟動子甲基化所導(dǎo)致的表達(dá)下降與乳腺癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。乳腺癌相關(guān)基因移相關(guān)。乳腺癌相關(guān)基因 DFNA5可以促進細(xì)胞凋亡，而可以促進細(xì)胞凋亡，而DFNA基因啟動基因啟動子甲基化后的表達(dá)抑制導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移幾率增大。子甲基化后的表達(dá)抑制導(dǎo)致了腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移幾率增大。K-RAS/BRAF下游的下游的CDKN2A，RASSF1A和

47、和RAR 等基因的啟動子甲基等基因的啟動子甲基化使得這些基因的表達(dá)下降，導(dǎo)致化使得這些基因的表達(dá)下降，導(dǎo)致EGFR通路的過度激活，促進結(jié)腸癌通路的過度激活，促進結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移。的轉(zhuǎn)移。持續(xù)的增殖信號持續(xù)的增殖信號SFRPs基因家族編碼基因家族編碼Wnt 通路的抑制蛋白，但在通路的抑制蛋白，但在 在結(jié)直腸在結(jié)直腸癌中發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞中癌中發(fā)現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞中SFRPs的啟動子區(qū)域的高甲基化使的啟動子區(qū)域的高甲基化使其表達(dá)抑制，引起了其表達(dá)抑制，引起了Wnt 通路的過度激活而刺激細(xì)胞分裂，通路的過度激活而刺激細(xì)胞分裂，因而細(xì)胞在不需要外界生長刺激因子的作用下就可以不斷因而細(xì)胞在不需要外界生長刺激因子的作用

48、下就可以不斷增殖。增殖。大部分的癌細(xì)胞不需要外界的生長刺激因子的作用就可以大部分的癌細(xì)胞不需要外界的生長刺激因子的作用就可以完成增殖，是因為細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)生了變化，導(dǎo)完成增殖，是因為細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)生了變化，導(dǎo)致促增殖因子作用的增強。致促增殖因子作用的增強。 DNMTs與與DNA低（去）甲基化低（去）甲基化特定基因特定基因( 主要是原癌基因主要是原癌基因) 的低甲基化的低甲基化基因組范圍內(nèi)以非編碼重復(fù)序列為主的基因組范圍內(nèi)以非編碼重復(fù)序列為主的DNA整整體水平的低甲基化體水平的低甲基化特定基因特定基因( 主要是原癌基因主要是原癌基因) 的低甲基化的低甲基化CT ( cancer/

49、testis antigen genes) 抗原屬于抗原屬于MAGE( melanoma and germcell expressed) 基因家族，正常情況下只在生殖細(xì)胞表達(dá)。基因家族，正常情況下只在生殖細(xì)胞表達(dá)。 但發(fā)現(xiàn)但發(fā)現(xiàn)CT抗原也在多種抗原也在多種腫瘤組織中高表達(dá)，如肺癌、腫瘤組織中高表達(dá)，如肺癌、 胰腺癌、胰腺癌、 睪丸癌、睪丸癌、 胃癌、卵巢癌及子宮頸等。胃癌、卵巢癌及子宮頸等。 CT激活與它的啟動子區(qū)域的去甲基化相關(guān)。激活與它的啟動子區(qū)域的去甲基化相關(guān)。 胚系基因胚系基因MAGE（腫瘤抗原基因）在正常組織細(xì)胞中不表達(dá)，但在轉(zhuǎn)移的腫瘤（腫瘤抗原基因）在正常組織細(xì)胞中不表達(dá)，但在轉(zhuǎn)移

50、的腫瘤細(xì)胞中，細(xì)胞中，MAGE基因啟動子區(qū)域的基因啟動子區(qū)域的CpG島異常低甲基化，促使島異常低甲基化，促使MAGE基因表達(dá)?；虮磉_(dá)。MUC3A是一種膜結(jié)合的糖蛋白，與乳腺癌、肺癌、胰腺癌和直腸癌的預(yù)是一種膜結(jié)合的糖蛋白，與乳腺癌、肺癌、胰腺癌和直腸癌的預(yù)后不良有關(guān)。后不良有關(guān)。 研究表明，研究表明，MUC3A在腫瘤中的表達(dá)上調(diào)也是啟動子區(qū)域的在腫瘤中的表達(dá)上調(diào)也是啟動子區(qū)域的低甲基化引起的。低甲基化引起的。近年來，在肉瘤近年來，在肉瘤( FGFR基因基因)、白血病、白血病 (PRAME基因基因)、 霍奇金霍奇金 淋淋 巴巴 瘤瘤 (CD30 基基 因因 )、乳、乳 腺腺 癌癌 (NAT1

51、基因基因)、結(jié)腸直腸癌、結(jié)腸直腸癌(IGF2基因基因)、 乳腺癌和直腸腺癌乳腺癌和直腸腺癌 (gamma-globin基基 因因)、腎、腎 細(xì)細(xì) 胞胞 癌癌 (MN/CA9基因基因)、和肝癌、和肝癌(c-MYC基因基因) 中都中都發(fā)現(xiàn)了由啟動子低甲基化所引起的腫瘤相關(guān)基因的過表達(dá)。發(fā)現(xiàn)了由啟動子低甲基化所引起的腫瘤相關(guān)基因的過表達(dá)?；蚪M范圍整體基因組范圍整體DNA甲基化的降低甲基化的降低在多種癌癥當(dāng)中都發(fā)現(xiàn)了基因組范圍整體水平的在多種癌癥當(dāng)中都發(fā)現(xiàn)了基因組范圍整體水平的DNA甲基化降低，包括許甲基化降低，包括許多重復(fù)序列甲基化水平的下降。正常組織細(xì)胞的甲基胞嘧啶含量約多重復(fù)序列甲基化水平的下

52、降。正常組織細(xì)胞的甲基胞嘧啶含量約4%，而癌細(xì)胞則為大約而癌細(xì)胞則為大約2%3%。DNA重復(fù)序列的去甲基化可能通過以下途徑參與腫瘤的發(fā)生和進展：重復(fù)序列的去甲基化可能通過以下途徑參與腫瘤的發(fā)生和進展：影響染色體穩(wěn)定性和基因組完整性影響染色體穩(wěn)定性和基因組完整性影響重復(fù)序列的表達(dá)影響重復(fù)序列的表達(dá)在小鼠胰腺導(dǎo)管上皮癌的細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星在小鼠胰腺導(dǎo)管上皮癌的細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)了衛(wèi)星DNA異常高表達(dá)，而這種異常高表達(dá)，而這種現(xiàn)象在肺腎卵巢直腸中也有發(fā)現(xiàn)，包括衛(wèi)星現(xiàn)象在肺腎卵巢直腸中也有發(fā)現(xiàn)，包括衛(wèi)星DNA、 HSATII、 LINE-2等。等。DNADNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑 DNA甲基

53、化由甲基化由DNA甲基轉(zhuǎn)移酶催化發(fā)生甲基轉(zhuǎn)移酶催化發(fā)生,是真核細(xì)胞是真核細(xì)胞DNA正常的表觀遺傳學(xué)修飾方式正常的表觀遺傳學(xué)修飾方式,但異常甲基化常導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生但異常甲基化常導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生 ,以地西他濱為代表的以地西他濱為代表的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑是一類甲基化調(diào)甲基轉(zhuǎn)移酶抑制劑是一類甲基化調(diào)節(jié)劑節(jié)劑 ,能通過對抑癌基因去甲基化調(diào)節(jié)達(dá)到治療腫瘤的目的能通過對抑癌基因去甲基化調(diào)節(jié)達(dá)到治療腫瘤的目的.DNA異常甲基化可分為異常甲基化可分為DNA高甲基化和低甲基化高甲基化和低甲基化 , 抑癌基因抑癌基因啟動子的過度甲基化能使抑癌基因表達(dá)下調(diào)或失活啟動子的過度甲基化能使抑癌基因表達(dá)下調(diào)或失活,導(dǎo)致腫瘤

54、導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生的發(fā)生,已成為腫瘤發(fā)生機制的研究熱點之一已成為腫瘤發(fā)生機制的研究熱點之一 。甲基化抑制劑。甲基化抑制劑可以使可以使DNA去甲基化去甲基化,恢復(fù)抑癌基因的表達(dá)恢復(fù)抑癌基因的表達(dá),治療腫瘤。治療腫瘤。 核核 苷苷 類類非核苷類非核苷類是一類以胞嘧啶核苷為原型的衍生物是一類以胞嘧啶核苷為原型的衍生物, 其作用機制是在其作用機制是在體內(nèi)通過代謝形成三磷酸脫氧核苷體內(nèi)通過代謝形成三磷酸脫氧核苷, 在在DNA復(fù)制過程中復(fù)制過程中代替胞嘧啶代替胞嘧啶,其與其與DNMT具有很強的結(jié)合力具有很強的結(jié)合力, 競爭性抑制競爭性抑制DNMT活性活性, 阻斷甲基化反應(yīng)。阻斷甲基化反應(yīng)。DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑

55、制劑甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑不含胞嘧啶核苷結(jié)構(gòu)不含胞嘧啶核苷結(jié)構(gòu),一部分是在傳統(tǒng)藥物的臨床試驗一部分是在傳統(tǒng)藥物的臨床試驗 和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其去甲基化功能的和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)其去甲基化功能的,機制不完全明確機制不完全明確 ,可可能與干擾能與干擾DNMT有關(guān)有關(guān);另一部分是針對另一部分是針對 DNMT結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計的特異性抑制劑。的特異性抑制劑。分類分類核苷類核苷類其他核苷類其他核苷類5-5-氟氟2-2-脫氧核苷脫氧核苷 法扎拉濱法扎拉濱 二氫二氫-5-5-氮雜胞苷氮雜胞苷阿扎胞苷阿扎胞苷地西他濱地西他濱折布拉林折布拉林DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑 本品為胞嘧啶核苷類藥物，能直接摻入本品為胞嘧啶

56、核苷類藥物，能直接摻入DNADNA中，抑制中，抑制DNADNA和和RNARNA合成，可殺傷處于合成，可殺傷處于S S期的細(xì)胞。由阿糖胞苷合成的一種胞嘧啶核苷期的細(xì)胞。由阿糖胞苷合成的一種胞嘧啶核苷衍生物衍生物 , ,能參與能參與DNADNA的合成的合成 , ,通過抑制通過抑制 DNMT,DNMT,阻斷甲基化反應(yīng)中的阻斷甲基化反應(yīng)中的中間步驟中間步驟 , ,導(dǎo)致細(xì)胞的基因組導(dǎo)致細(xì)胞的基因組DNADNA去甲基去甲基 。阿扎胞苷阿扎胞苷DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類Pharmion公司開發(fā)，用于公司開發(fā)，用于治療骨髓增生異常綜合征治療骨髓增生異常綜合征，2004年上市。年上市

57、。 以以地西他濱地西他濱為代表的核苷類去甲基化藥物是目前研究最多也是機為代表的核苷類去甲基化藥物是目前研究最多也是機制最明確的一類甲基化抑制劑制最明確的一類甲基化抑制劑, ,較較阿扎胞苷阿扎胞苷等藥物更穩(wěn)定等藥物更穩(wěn)定, , 療效更確療效更確切切, , 且能治療對阿扎胞苷等不敏感的腫瘤且能治療對阿扎胞苷等不敏感的腫瘤, , 特別是在血液系統(tǒng)腫瘤的特別是在血液系統(tǒng)腫瘤的治療中廣泛應(yīng)用治療中廣泛應(yīng)用. . 治療治療骨髓增生異常綜合征，慢性粒細(xì)胞白血病，骨髓增生異常綜合征，慢性粒細(xì)胞白血病，2006年上市年上市。地西他濱地西他濱DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類 折布拉林折布拉林

58、是另一種胞苷類似物是另一種胞苷類似物SCOTT等，將折布打林作用于白血等，將折布打林作用于白血病細(xì)胞株病細(xì)胞株193使腫瘤抑制基因使腫瘤抑制基因 p15INK4BCpG島去甲基化并表達(dá)增島去甲基化并表達(dá)增加加,使細(xì)胞增殖停滯在使細(xì)胞增殖停滯在2 / 期期,并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。 用于治療腫瘤，現(xiàn)處于臨床期研究。用于治療腫瘤，現(xiàn)處于臨床期研究。折布拉林折布拉林DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類其他核苷類其他核苷類5-5-氟氟2-2-脫氧核苷脫氧核苷 針對阿扎胞苷和地西他濱化學(xué)穩(wěn)定性不足而針對阿扎胞苷和地西他濱化學(xué)穩(wěn)定性不足而設(shè)計的。設(shè)計的。法扎拉濱法扎拉濱 由于其治療應(yīng)答率均較低已基本停止使用。由于其治療應(yīng)答率均較低已基本停止使用。二氫二氫-5-5-氮雜胞苷氮雜胞苷 是在阿扎胞苷是在阿扎胞苷5,65,6位打開亞胺基雙鍵而位打開亞胺基雙鍵而得到的得到的, ,較阿扎胞苷穩(wěn)定較阿扎胞苷穩(wěn)定, ,去甲基化作用較阿扎胞苷和地西他去甲基化作用較阿扎胞苷和地西他濱緩和。濱緩和。5-氟脫氧胞苷氟脫氧胞苷用于抗腫瘤用于抗腫瘤 現(xiàn)處于一期臨床現(xiàn)處于一期臨床 DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑核苷類非核苷類非核苷類氨基苯甲酸類氨基苯甲酸類茶多酚類茶多酚類肼類肼類鄰苯二酰胺類鄰苯二酰胺類反義寡核苷酸類反義寡核苷酸類其他其他 三氧化二砷三氧化二砷