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

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

【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(duì)于哺乳動(dòng)物細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)育至關(guān)重要，其通過(guò)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)胞增殖過(guò)程中能穩(wěn)定傳遞，影響個(gè)體整個(gè)生長(zhǎng)、發(fā)育過(guò)程。DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3B(DNAmethyltransferase3B，DNMT3B)是哺乳動(dòng)物體內(nèi)的DNA重新甲基化酶之一,在建立和維持個(gè)體的DNA甲基化模式的過(guò)程中起到了非常重要的作用。關(guān)于DNMT3B的研究已經(jīng)越來(lái)越成為眾多科學(xué)研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。

脊椎動(dòng)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(guò)某種細(xì)胞類(lèi)型特異性模式來(lái)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(guò)程中的基因調(diào)控都涉及了DNA鏈中CpG島的甲基化?；蚪MDNA的甲基化主要通過(guò)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNAmethyltransferases,DNMTs)來(lái)完成,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5′C上,實(shí)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(dòng)物中的DNMT主要由DNMT1、DNMT2、DNMT3等3個(gè)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(dòng)物中唯一對(duì)半甲基化的位點(diǎn)有很強(qiáng)偏好性的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶。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、DNMT3B的主要作用是催化DNA重新甲基化,其N(xiāo)末端都包含一個(gè)類(lèi)似ATRX的結(jié)構(gòu)域(或稱(chēng)為PlantHomeodomainPHD結(jié)構(gòu)域）和一個(gè)PWWP(prolinetryptophantryptophanproline)結(jié)構(gòu)域，這兩個(gè)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(méi)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(shí)它還是DNMT3A、DNMT3B催化活性的刺激因子。

1DNMT3B和DNMT3A生物學(xué)作用的比較

DNMT3A和DNMT3B負(fù)責(zé)在生殖細(xì)胞、胚胎干細(xì)胞中以及胚胎發(fā)育時(shí)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。在小鼠中研究發(fā)現(xiàn),DNMT3B蛋白在～(embryonicday～)是高表達(dá)的,隨后明顯下降,于時(shí)達(dá)最低水平；后才可檢測(cè)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DNMT3A。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(guò)d即死亡。此外，DNMT3A對(duì)裸露的DNA甲基化效率比較高，而很少對(duì)核小體核心部位的DNA進(jìn)行甲基化作用，與之相反，DNMT3B卻對(duì)核小體核心部位的DNA有明顯的甲基化作用。

2DNMT3B和胚胎發(fā)育

胚胎發(fā)育時(shí),基因組的DNA甲基化經(jīng)歷了一個(gè)動(dòng)態(tài)的重新編程過(guò)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(duì)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～dpc時(shí)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抑制一些調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)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(zhǎng)停滯；DNMT3B基因完全敲除小鼠胚胎中分離出來(lái)的MEF(mouseembryonicfibroblast)細(xì)胞呈現(xiàn)早衰現(xiàn)象；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(pán)組織中高度表達(dá)，當(dāng)其被敲除后導(dǎo)致胎盤(pán)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(shí)期死亡，但是攜帶DNMT3B基因ICF(immunodeficiencycentromericinstabilityandfacialanomalies)錯(cuò)義突變小鼠可以足月分娩，同時(shí)表現(xiàn)出和人類(lèi)ICF綜合征患者相似的表型。ICF綜合征是一種少見(jiàn)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(hào)和16號(hào)染色體著絲粒周邊區(qū)域，偶有9號(hào)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(guò)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)，這很可能直接影響了DNMT3B的酶活性。

3DNMT3B和腫瘤

腫瘤的形成受到多種因素影響。研究證實(shí)，在眾多類(lèi)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(dòng)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(lái)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(wèn)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(shí)，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(duì)腫瘤細(xì)胞的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(bào)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(guò)下調(diào)DNMT3B基因表達(dá)水平來(lái)誘導(dǎo)Satellite2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(lèi)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)香煙抽提物可以通過(guò)特異性地下調(diào)DNMT3B的表達(dá)水平來(lái)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SNCGmRNA表達(dá)水平。

Rhee等[17]利用同源重組方法將HCT116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isotypespecificantisenseinhibitors的方法在HCT116等細(xì)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(duì)于調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)及異常基因沉默有非常重要的作用[18]。

4DNMT3B基因單核苷酸多態(tài)性在腫瘤風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)中的研究單核苷酸多態(tài)性是最常見(jiàn)的一種遺傳變異形式，許多研究已經(jīng)證實(shí)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(xiǎn)有密切的聯(lián)系[19]。Lee等[20]研究了DNMT3B基因283TC和-579GT在原發(fā)性肺癌發(fā)生中的情況，提示至少含有1個(gè)-283T等位基因的個(gè)體可以明顯降低患肺腺癌(AC)和小細(xì)胞肺癌(SM)的風(fēng)險(xiǎn)；至少含有1個(gè)-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(xiǎn)。DNMT3B基因-283TC多態(tài)性改變明顯降低了DNMT3B基因啟動(dòng)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-283TC增加了個(gè)體對(duì)肺癌的易感性。此外，還有其他一些研究顯示DNMT3B基因-579GT多態(tài)性改變可以明顯地增加個(gè)體患肺癌、頭頸部腫瘤、乳腺癌及結(jié)腸腺癌的風(fēng)險(xiǎn)[2022]。DNMT3B基因-149CT是一個(gè)相對(duì)較晚鑒定出來(lái)的多態(tài)性改變，體外實(shí)驗(yàn)顯示，DNMT3B基因-149CT可以使DNMT3B基因啟動(dòng)子活性增加30%[22]。Shen等[21]報(bào)道了它和韓國(guó)人肺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的增高有著密切的關(guān)系。

對(duì)于DNMT3B基因啟動(dòng)子區(qū)SNPs的研究可能會(huì)因?yàn)榈貐^(qū)和種族的不同而產(chǎn)生不同的結(jié)果，因此，針對(duì)某一地區(qū)人群的DNMT3B基因SNPs的研究結(jié)果可能并不適用其他的地區(qū)。Wu等[23]報(bào)道的關(guān)于DNMT3B-149CT在中國(guó)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(duì)照組的C、T等位基因的分布頻率無(wú)明顯區(qū)別，提示了DNMT3B基因-149CT多態(tài)性改變可能和原發(fā)性肝癌的發(fā)生沒(méi)有明顯的關(guān)系。

5DNMT3B和其他一些異常發(fā)育

Hayward等[24]在對(duì)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（Oculofaciocardiodentalsyndrome)綜合征是一種少見(jiàn)的先天性異常綜合征，Hedera等[2627]發(fā)現(xiàn)OFCD和X染色體失活機(jī)制異常有關(guān)，而DNMT3B在X染色體的失活過(guò)程起了非常重要的作用。有研究還發(fā)現(xiàn)DNMT3B的C末端的5個(gè)甲基轉(zhuǎn)移酶序列區(qū)域在α地中海貧血/精神遲緩綜合征中失活。此外，在一些癌前病變的組織細(xì)胞中，同樣存在著DNA甲基化狀態(tài)的改變，并伴隨DNMT1和DNMT3B的表達(dá)異常。Kanai等[28]提出，存在DNA甲基化狀態(tài)異常的癌前病變組織惡化的速度可能比較快，同時(shí)可能產(chǎn)生惡性程度較高的轉(zhuǎn)化，這可能和DNMT3B的異常剪接和DNMT1的高表達(dá)有關(guān)。

6結(jié)語(yǔ)

DNMT3B在機(jī)體的正常發(fā)育及某些生物學(xué)功能的執(zhí)行中起到了重要的作用，它不僅參與了胚胎發(fā)育及其它一些異常發(fā)育，同時(shí)參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。盡管對(duì)DNMT3B的大量研究結(jié)果提示，DNMT3B在多種生物學(xué)過(guò)程中扮演了非常重要的角色，但目前對(duì)DNMT3B研究還只是停留在一個(gè)表層階段,還需要不斷的深入。相信不久的將來(lái)，隨著DNMT3B及其他DNMTs包括DNMT1/DNMT3A在正常發(fā)育及異常發(fā)育作用機(jī)制的不斷闡明，尤其是在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中作用的揭示，將會(huì)對(duì)臨床腫瘤的診斷、治療及預(yù)后產(chǎn)生重要影響。

致謝南京市婦幼保健院許爭(zhēng)鋒主任為本文的撰寫(xiě)提出了寶貴建議和指導(dǎo)！

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