Modyfikacje epigenetyczne jako potencjalne cele terapii antynowotworowych

• Authors: Anna Kulczycka , Ilona Bednarek , Zofia Dzierżewicz

Title variants

EN

Epigenetic modifications as potential targets of anti-cancer therapy

• Languages of publication: PL

Abstracts

PL

Epigenetyka zajmuje się badaniem cech dziedzicznych, które nie zależą bezpośrednio od sekwencji nukleotydowej w DNA, ale są rezultatem modyfikacji biochemicznych na ekspresję wybranych genów. Początkowo uważano, że ekspresja genów zależy tylko od informacji zapisanej zawartej w sekwencji DNA, z czasem okazało się, że liczne modyfikacje będące rezultatem działania różnych grup enzymów, w tym metylaz, demetylaz, acetylaz czy deacetylaz, wpływają na regulację tego procesu, a zaburzenia regulacji aktywności tych enzymów mogą prowadzić do wystąpienia i rozwoju m.in. nowotworów. Epigenetyczny aspekt rozwoju transformacji nowotworowej wskazuje na obniżenie globalnego poziomu metylacji DNA oraz podwyższenie poziomu metylacji w obrębie promotorów genów supresorowych, co znacząco upośledza represję nowotworzenia. Dodatkowo, modyfikacje białek histonowych, opierające się na dysregulacji procesów acetylacji–deacetylacji i metylacji – demetylacji, prowadzą do nadekspresji genów zaangażowanych w rozwój kancerogenezy. Opisane zostały liczne przykłady zależności wystąpienia nowotworów, m.in. raka sutka, stercza czy okrężnicy od wystąpienia danej modyfikacji reszt aminokwasowych białek histonowych, w tym głównie histonu H3. Z takich też przyczyn podejmowane są próby zastosowania terapii odwracających negatywny skutek wybranych modyfikacji, np. poprzez demetylację DNA (leki demetylujące DNA) czy reacetylację reszt lizynowych histonów (inhibitory decetylaz histonów). W niedalekiej przyszłości epigenetyka najprawdopodobniej u możliwi skuteczne leczenie części chorób nowotworowych, aczkolwiek konieczne są dalsze badania wpływu modyfikacji enzymatycznych na mechanizm rozwoju kancerogenezy.

EN

Epigenetics analyses inherited characteristics not directly connected to the DNA nucleotide sequence. It investigates the relationships between biochemical modifications and the expression of selected genes. Initially, it was thought that gene expression depends on information encoded in the DNA sequence. However, it was discovered that the activity of many enzymes like methylases, demethylases, acetylases, deacetylases is necessary to regulate this process and its dysregulations may lead to e.g. cancer initiation and progression. Epigenetics has an impact on neoplastic transformation by reducing the global level of DNA methylation and increasing the methylation level within tumour suppressor gene promoters, which significantly impairs the repression of carcinogenesis. Additionally, modifications of histone proteins, based on disorders of acetylation-deacetylation and methylation-demethylation processes, may lead to overexpression of genes involved in cancer development. Numerous examples have been described, among others breast, prostate and colon cancers, depending on the modification of histone amino tails, primarily of histone H3. For such reasons, the possibility of using many therapies which can reverse the negative effect of these modifications by e.g. DNA demethylation (DNA demethylating drugs) or re-acetylation of histone lysine resides (histone deacetylase inhibitors) is examined. In the near future, epigenetics probably will allow the effective treatment of some cancer diseases, although further research on the impact of enzymatic modifications on the development of carcinogenesis is still needed.

Keywords

EN

DNA; acetylacja; acetylation; anti-cancer treatment; epigenetyka; fosforylacja; histones; histony; methylation; metylacja; phosphorylation; terapie antynowotworowe epigenetics

Discipline

• MEDICINE: MEDICINE

• Publisher: Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach
• Journal: Annales Academiae Medicae Silesiensis
• Year: 2013
• Volume: 67
• Issue: 3
• Pages: 201–208

Contributors

author

Anna Kulczycka

• Katedra i Zakład Biofarmacji Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach ul. Narcyzów 1 41-206 Sosnowiec tel. [phone]

author

Ilona Bednarek

• Zakład Biotechnologii i Inżynierii Genetycznej Wydziału Farmaceutycznego z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach

author

Zofia Dzierżewicz

• Katedra i Zakład Biofarmacji

References

• 1. Herceg Z. Epigenetic information in chromatin and cancer. Eur. J. Cancer 2009; 45(1): 442–444.
• 2. Davis C., Ross S. Dietary components impact histone modifications and cancer risk. Nutr. Rev. 2007; 65(2): 88–94.
• 3. Mund C., Lyko F. Epigenetic cancer therapy: Proof of concept and remaining challenges. Bioassays 2010; 32(11): 949–957.
• 4. Sigalotti L., Covre A., Fratta E. i wsp. Epigenetics of human cutaneous melanoma: setting the stage for new therapeutic strategies. J. Transl. Med. 2010; 8: 56.
• 5. Zheng Y., Wu J., Chen Z., Goodman M. Chemical regulation of epigenetic modifications: opportunities for new cancer therapy. Med. Res. Rev. 2008; 28(5): 645–687.
• 6. Uribe-Lewis S., Woodfine K., Stojic L., Murrell A. Molecular mechanisms of genomic imprinting and clinical implications for cancer. Expert Rev. Mol. Med. 2011; 13: e2.
• 7. Doenecke D., Albig W., Bode C. i wsp. Histones: genetic diversity and tissuespecific gene expression. Histochem. Cell Biol. 1997; 107(1): 1–10.
• 8. Wang G., Allis C., Chi P. Chromatin remodeling and cancer, Part I: Covalent histone modifications. Trends Mol. Med. 2007; 13(9): 363–372.
• 9. Biel M., Wascholowski V., Giannis A. Epigenetics – an epicenter of gene regulation: histones and histone-modifying enzymes. Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 2005; 44(21): 3186–3216.
• 10. Peserico A., Simone C. Physical and functional HAT/HDAC interplay regulates protein acetylation balance. J. Biomed. Biotechnol. 2011; 2011: 371–832.
• 11. Ellis L., Pili R. Histone deacetylase inhibitors: advancing therapeutic strategies in hematological and solid malignancies. Pharmaceuticals (Basel); 2010; 3(8): 2411–2469.
• 12. Kalle A., Mallika A., Badiger J., Alinakhi, Talukdar P., Sachchidanand. Inhibition of SIRT1 by a small molecule induces apoptosis in breast cancer cells. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2010; 401(1): 13–19.
• 13. Witt O., Deubzer H., Milde T., Oehme I. HDAC family: What are the cancer relevant targets? Cancer Lett 2009; 277(1): 8–21.
• 14. Van Hooser A., Goodrich D., Allis C., Brinkley B., Mancini M. Histone H3 phosphorylation is required for the initiation, but not maintenance, of mammalian chromosome condensation. J. Cell Sci. 1998; 111(23): 3497–3506.
• 15. Nishitani H., Ohtsubo M., Yamashita K. i wsp. Loss of RCC1, a nuclear DNA-binding protein, uncouples the completion of DNA replication from the activation of cdc2 protein kinase and mitosis. EMBO J 1991; 10(6): 1555–1564.
• 16. Lee C., Lin Y., Chang W., Lin P., Wu Y., Chang J. Squamocin modulates histone H3 phosphorylation levels and induces G1 phase arrest and apoptosis in cancer cells. BMC Cancer 2011; 11: 58.
• 17. Varier R., Timmers H. Histone lysine methylation and demethylation pathways in cancer. Biochim. Biophys. Acta 2011; 1815(1): 75–89.
• 18. Paluszczak J., Baer-Dubowska W. Zjawiska epigenetyczne w patogenezie nowotworów. Nowe możliwości profilaktyki i terapii? Post. Bioch. 2005; 51(3): 244–250.
• 19. Denis H., Deplus R., Putmans P., Yamada M., Metivier R., Fuks F. Functional connection between deimination and deacetylation of histones. Mol. Cell Biol. 2009; 29(18): 4982–4993.
• 20. Chen Y., Yang Y., Wang F. i wsp. Crystal structure of human histone lysinespecific demethylase 1 (LSD1). Proc. Natl. Acad Sci. USA 2006; 103(38): 13956–13961.
• 21. Klose R., Yamane K., Bae Y. i wsp. The transcriptional repressor JHDM3A demethylates trimethyl histone H3 lysine 9 and lysine 36. Nature 2006; 442(7100): 312–316.
• 22. Chan H., La Thangue N. p300/CBP proteins: HATs for transcriptional bridges and scaffolds. J. Cell Sci. 2001; 114(13): 2363–2373.
• 23. Ishikama K., Yamakawa M., Semba S. i wsp. Expression of HDAC1 and CBP/p300 in human colorectal carcinomas. J. Clin. Pathol. 2007; 60(11): 1205–1210.
• 24. Masetti R., Serravalle S., Biagi C., Pession A. The role of HDACs inhibitors in childhood and adolescence acute leukemias. J. Biomed. Biotechnol. 2011; 2011: 148046.
• 25. Christensen D., Dahllӧf M., Lundh M. i wsp. Histone deacetylase (HDAC) inhibition as a novel treatment for diabetes mellitus. Mol. Med. 2011; 17(5–6): 378–390.
• 26. Kelly T., De Carvalho D., Jones P. Epigenetic modifications as a therapeutic targets. Nat. Biotechnol. 2010; 28(10): 1069–1078.
• 27. Halusková J. Epigenetic studies in human diseases. Folia Biol. (Praha) 2010; 56(3): 83–96.
• 28. He L., Liu M., Li B. i wsp. Prognostic impact of H3K27me3 expression on locoregional progression after chemoradiotherapy in esophageal squamous cell carcinoma. BMC Cancer 2009; 9: 461.
• 29. Copeland R., Solomon M., Richon V. Protein methyltransferases as a target class for drug discovery. Nat. Rev. Drug Discov. 2009; 8(9): 724–732.
• 30. Fujita N., Nakayama T., Yamamot N. i wsp. Methylated DNA and total DNA in serum detected by One-Step Methylation-Specific PCR is predictive of poor prognosis for breast cancer patients. Oncology 2012; 83(5): 273–282.
• 31. Plass CH. Cancer epigenomics. Hum. Mol. Genet. 2002; 11: 2479–2488.
• 32. Jabłońska J., Jesionek-Kupnicka D. Zmiany epigenetyczne w nowotworach. Onkol. Pol. 2004; 7(4): 181–185.
• 33. Steiner L., Hopp L., Wirth H i wsp. A global genome segmentation method for exploration of epigenetic patterns. PLoS One 2012; 7(10): e46811.
• 34. Żmieńko A., Handshuh L., Góralski M., Figlerowicz M. Zastosowanie mikromacierzy DNA w genomice strukturalnej i funkcjonalnej. Biotechnologia 2008; 4(83): 39–53.
• 35. Kaiser J. Epigenetic drugs take on cancer. Science 2010; 330(6004): 576–578.
• 36. Lin H., Chen C., Lin S., Weng J., Chen C. Targeting histone deacetylase in cancer therapy. Med. Res. Rev. 2006; 26(4): 397–413.
• 37. Stepulak A., Stryjecka-Zimmer M., Kupisz K., Polberg K. Inhibitory deacetylaz histonów jako potencjalne cytostatyki nowej generacji. Post. Hig. Med. Dośw. 2005; 59: 68–74.
• 38. Poligone B., Lin J., Chung C. Romidepsin: evidence for its potential use to manage previously treated cutaneous T cell lymphoma. Core Evid 2011; 6: 1–12.
• 39. Spratlin J., Pitts T., Kulikowski G. i wsp. Synergistic activity of histone deacetylase and proteasome inhibition against pancreatic and hepatocellular cancer cell lines. Anticancer Res. 2011; 31(4): 1093–1103.
• 40. Cha T., Zhou B., Xia W. i wsp. Aktmediated phosphorylation of EZH2 suppresses methylation of lysine 27 in histone H3. Science 2005; 310(5746): 306–310.

• Document Type: article