Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает

Идея о том, что геном раковой клетки утрачивает свое содержимое в метилцитозине, в основном верна, что было подтверждено на практике. А популярность концепции деметилирования онкогенов, ведущее к их активации, наоборот, сошла на нет. Это объясняется тем, что тотальное деметилирование, которое происходит при раке, воздействует на сами гены больше, чем на CpG-островки, большая часть которых остается деметилированной в обычной клетке. Фактически большинство CpG-островков деметилировано, за исключением импринтированных генов. Открытие гиперметилирования большей части генов — супрессоров опухолей открывает дверь в новую область эпигенетических исследований.

CpG-островки

Динуклеотиды CpG в человеческом геноме были сокращены до наименьшего возможного количества по статистической причине: считается, что в процессе эволюции зародышевой линии, которая превращает метилцитозин в тимин, приняло участие спонтанное дезаминирование — химическая модификация. Однако половина промоторных зон генов содержит участки, насыщенные CpG — уже так часто упоминавшимися CpG-островками. Хотя большинство островков связано с генами, которые экспрессируются повсеместно (гены «домашнего хозяйства»), какие-то из них находятся на генах с тканеспецифичной экспрессией. Вопрос о том, как и каким именно изменениям подвергается метилирование тканеспецифичных генов, до сих пор не решен.

Нормальные CpG-островки не метилированы ни на какой стадии развития, что способствует отдельной экспрессии генов, если соответствующие транскрипционные факторы на месте и структура хроматина не препятствует процессу. В трансформированной или злокачественной клетке некоторые CpG-островки генов-супрессоров опухолей становятся гиперметилированными, и говорим мы, возможно, о феномене, который прогрессирует, в отличие от мутации, которая появляется внезапно. Возможно, окончательному формированию гиперметилирования, необходимого для транскрипционного сайленсинга, предшествуют волны необратимого гиперметилирования.

Гиперметилирование

Две очевидные теории были выдвинуты для объяснения отклоняющегося от нормы метилирования de novo. Первая гипотеза утверждает, что нарушенное метилирование в качестве точки отсчета имеет нормальные центры метилирования, окружающие CpG-островок, который в обычной клетке, как правило, не метилирован. Вторая предполагает, что первый очаг нарушенного метилирования появляется и действует как центр, из которого происходит разрастание метилирования.

Другой интересный вопрос, который нас волнует: почему некоторые островки оказываются метилированными.

Одно из возможных объяснений кроется в том, что DNMT не могут распознать правильные последовательности и метилируют островки, которые обычно ими не воспринимаются. Эти спекуляции порождают важный вопрос: почему в раковых клетках некоторые CpG-островки оказываются гиперметилированными, в то время как другие не метилируются вообще?

Механизмы клеточной селекции, то есть эволюции клеток не на уровне организмов и не на уровне видов, а внутри наших тканей, приходят на помощь, чтобы объяснить этот момент.

Эволюция и естественный отбор в опухолях

Каждая раковая опухоль обладает собственной вселенной, со своими собственными законами внутри организма, в котором она растет. Опухоль — изменчивое создание и обладает куда большей способностью к пролиферации, чем организм, который она поражает, потому что клетки опухоли решили нарушить законы, которые регулируют рост и запрещают бесконтрольное деление, нормы, которым подчиняются клетки этого организма. Скорость событий, которые происходят в опухоли, дает возможность наблюдать феномен эволюции в небольшом масштабе и в реальном времени и способствует пониманию механизмов опухолевой эволюции, что в будущем поможет нам победить этот недуг.

Эволюция, как мы уже убедились, управляет судьбой всех живых существ в любых условиях. Поэтому естественный отбор действует даже в небольшом масштабе, внутри опухоли. Опухолевая клетка во многих случаях становится жертвой неконтролируемой деятельности DNMT, что приводит к гиперметилированию CpG-островков многих генов. Это гиперметилирование предполагает транскрипционный сайленсинг гиперметилированного гена или, другими словами, гиперметилированный ген перестает экспрессироваться. На данный момент причины, по которым DNMT начинают метилировать определенные CpG-островки, неизвестны.

Однако совершенно очевидным представляется то, что гиперметилирование одних генов имеет большее воздействие, чем гиперметилирование других: влияние нарушенного метилирования ДНК различно в зависимости от генов, которые ему подвержены, так как очевидно, что когда метилированы гены, не имеющие никакого отношения к пролиферации, влияние заметить невозможно.