Читаем The Epigenetics Revolution полностью

Experimental data suggest that in many cases this model seems to be right. Repressive histone modifications can act as the bait to attract DNA methylation to the promoter of a tumour suppressor gene. A key example of this is an epigenetic enzyme we met in the previous chapter, called EZH2. The EZH2 protein adds methyl groups to the lysine amino acid at position 27 on histone H3. This amino acid is known as H3K27. K is the single letter code for lysine (L is the code for a different amino acid called leucine).

This H3K27 methylation itself tends to switch off gene expression. However, in at least some mammalian cell types, this histone methylation recruits DNA methyltransferases to the same region of chromatin[192][193]. The DNA methyltransferases include DNMT3A and DNMT3B. This is important because DNMT3A and DNMT3B can carry out the process known as de novo DNA methylation. That is, they can methylate virgin DNA, and create completely new regions of highly repressed chromatin. As a result, the cell can convert a relatively unstable repressive mark (H3K27 methylation) into the more stable DNA methylation.

Other enzymes are also important. An enzyme called LSD1 takes methyl groups off histones – it’s an eraser of epigenetic modifications[194]. It does this particularly strongly at position 4 on histone H3 (H3K4). H3K4 is the opposite of H3K27, because when H3K4 is clear of methyl groups, genes tend to be switched off.

Unmethylated H3K4 can bind proteins, and one of these is called DNMT3L. Perhaps not surprisingly, this is related to DNMT3A and DNMT3B. DNMT3L doesn’t methylate DNA itself, but it attracts DNMT3A and DNMT3B to the unmethylated H3K4. This provides another way to target stable DNA methylation to virgin territory[195].

In all likelihood, many histones positioned at the promoters of tumour suppressor genes carry both of these repressive histone marks – methylation of H3K27 and non-methylation of H3K4 – and these act together to target the DNA methyltransferases even more strongly.

Both EZH2 and LSD1 are up-regulated in certain cancer types, and their expression correlates with the aggressiveness of the cancer and with poor patient survival[196][197]. Basically, the more active these enzymes, the worse the prognosis for the patient.

So, histone modifications and DNA methylation pathways interact. This may explain, at least in part, one of the mysteries of existing epigenetic therapies. Why are compounds like 5-azacytidine and SAHA only controllers of cancer cells, rather than complete destroyers?

In our model, treatment with 5-azacytidine will drive down the DNA methylation for as long as the patients take the drug. Unfortunately, many cancer drugs have serious side-effects and the DNMT inhibitors are no exception. The side effects may eventually become such a problem that the patient has to stop taking the drug. However, the patient’s cancer cells probably still have histone modifications at the tumour suppressor genes. Once the patient stops taking 5-azacytidine, these histone modifications almost certainly start to attract the DNMT enzymes all over again, re-initiating stable repression of gene expression.

Some researchers are carrying out clinical trials using 5-azacytidine and SAHA together to try to interfere with this cycle, by disrupting both the DNA and histone components of epigenetic silencing. It’s not clear yet if these will be successful. If they aren’t, it might suggest that it’s not low levels of histone acetylation which are most important for re-establishing the DNA methylation. It might be that specific histone modifications, of the types just described, are more important. But we don’t yet have drugs to inhibit any of the other epigenetic enzymes, so we’re stuck with Hobson’s choice at the moment, that is, no choice at all.

In the future, we may not need to use DNMT inhibitors at all. The link between DNA methylation and histone modifications in cancer isn’t absolute. If a CpG island is methylated, the downstream gene is repressed. But there are tumour suppressor genes that are downstream of unmethylated CpG islands and tumour suppressor genes that don’t have a CpG island at all. These genes may still be repressed, but solely thanks to histone modifications[198]. This has been shown by Jean-Pierre Issa at the MD Anderson Cancer Center in Houston, who has been so instrumental in the implementation of epigenetic therapies in the clinic. In these instances, if we can find the right epigenetic enzymes to target with inhibitors, we may be able to drive re-expression of the tumour suppressors without needing to worry about DNA methylation.

An uneasy truce

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука