Regulação da transcrição no câncer - Regulation of transcription in cancer
Geralmente, na progressão para o câncer, centenas de genes são silenciados ou ativados. Embora o silenciamento de alguns genes em cânceres ocorra por mutação, uma grande proporção do silenciamento de genes carcinogênicos é resultado da metilação alterada do DNA (ver metilação do DNA no câncer ). A metilação do DNA que causa silenciamento no câncer normalmente ocorre em vários locais CpG nas ilhas CpG que estão presentes nos promotores de genes que codificam proteínas.
Expressões alteradas de microRNAs também silenciam ou ativam muitos genes em progressão para o câncer (ver microRNAs no câncer ). MicroARN expressão alterada ocorre através hiper / hipo-metilação dos locais de CpG em ilhas CpG em promotores que controlam a transcrição dos microARNs .
O silenciamento de genes de reparo de DNA por meio da metilação de ilhas CpG em seus promotores parece ser especialmente importante na progressão para o câncer (ver metilação de genes de reparo de DNA no câncer ).
Ilhas CpG em promotores
Em humanos, cerca de 70% dos promotores localizados próximo ao local de início da transcrição de um gene (promotores proximais) contêm uma ilha CpG . As ilhas CpG têm geralmente 200 a 2.000 pares de bases, têm um conteúdo de par de bases C: G > 50% e têm regiões de DNA onde um nucleotídeo de citosina é seguido por um nucleotídeo de guanina e isso ocorre frequentemente na sequência linear de bases ao longo de sua 5 ′ → 3 ′ direção .
Os genes também podem ter promotores distantes (promotores distais) e frequentemente também contêm ilhas CpG. Um exemplo é o promotor do gene de reparo de DNA ERCC1 , onde o promotor contendo a ilha CpG está localizado a cerca de 5.400 nucleotídeos a montante da região codificadora do gene ERCC1 . As ilhas CpG também ocorrem com frequência em promotores de RNAs não codificantes funcionais , como microRNAs .
Silenciamento da transcrição devido à metilação das ilhas CpG
Em humanos, a metilação do DNA ocorre na posição 5 'do anel pirimidina dos resíduos de citosina dentro dos locais CpG para formar 5-metilcitosinas . A presença de múltiplos locais CpG metilados em ilhas CpG de promotores causa inibição estável (silenciamento) de genes. O silenciamento da transcrição de um gene pode ser iniciado por outros mecanismos, mas isso é frequentemente seguido pela metilação dos locais CpG na ilha CpG do promotor para causar o silenciamento estável do gene.
Silenciamento / ativação da transcrição em cânceres
Em cânceres, a perda de expressão de genes ocorre cerca de 10 vezes mais frequentemente pelo silenciamento da transcrição (causado pela hipermetilação do promotor das ilhas CpG) do que por mutações. Como Vogelstein et al. apontam, em um câncer colorretal há geralmente cerca de 3 a 6 mutações driver e 33 a 66 mutações de caronas ou passageiros. Em contraste, em tumores de cólon em comparação com a mucosa do cólon de aparência normal adjacente, existem cerca de 600 a 800 ilhas CpG fortemente metiladas em promotores de genes nos tumores, enquanto essas ilhas CpG não são metiladas na mucosa adjacente.
Usando a análise de enriquecimento de conjunto de genes , 569 de 938 conjuntos de genes foram hipermetilados e 369 foram hipometilados em cânceres. A hipometilação de ilhas CpG em promotores resulta no aumento da transcrição dos genes ou conjuntos de genes afetados.
Um estudo listou 147 genes específicos com promotores hipermetilados associados ao câncer de cólon e 27 com promotores hipometilados, juntamente com a frequência com que essas hiper / hipometilações foram encontradas em cânceres de cólon. Pelo menos 10 desses genes tinham promotores hipermetilados em quase 100% dos cânceres de cólon. Eles também indicaram 11 microRNAs cujos promotores foram hipermetilados em cânceres de cólon em frequências entre 50% e 100% dos cânceres. MicroRNAs (miRNAs) são pequenos RNAs endógenos que emparelham com sequências em RNAs mensageiros para direcionar a repressão pós-transcricional . Em média, cada microRNA reprime ou inibe a expressão transcricional de várias centenas de genes-alvo. Assim, microRNAs com promotores hipermetilados podem permitir a transcrição aprimorada de centenas a milhares de genes em um câncer.
Inibição da transcrição e ativação por microRNAs nucleares
Por mais de 20 anos, microRNAs são conhecidos por agirem no citoplasma para degradar a expressão transcricional de RNAs mensageiros de genes alvo específicos (ver história de microRNAs ). No entanto, recentemente, Gagnon et al. mostraram que até 75% dos microRNAs podem ser transportados de volta para o núcleo das células. Foi demonstrado que alguns microRNAs nucleares medeiam a ativação do gene transcricional ou a inibição do gene transcricional.
Genes de reparo de DNA com promotores hiper / hipo-metilados em cânceres
Genes de reparo de DNA são freqüentemente reprimidos em cânceres devido à hipermetilação das ilhas CpG em seus promotores. Nos carcinomas de células escamosas de cabeça e pescoço, pelo menos 15 genes de reparo de DNA têm promotores frequentemente hipermetilados; esses genes são XRCC1, MLH3, PMS1, RAD51B, XRCC3, RAD54B, BRCA1, SHFM1, GEN1, FANCE, FAAP20, SPRTN, SETMAR, HUS1 e PER1 . Cerca de dezessete tipos de câncer são freqüentemente deficientes em um ou mais genes de reparo de DNA devido à hipermetilação de seus promotores. Conforme resumido em um artigo de revisão, a hipermetilação do promotor do gene de reparo do DNA MGMT ocorre em 93% dos cânceres de bexiga, 88% dos cânceres de estômago, 74% dos cânceres de tireoide, 40% -90% dos cânceres colorretais e 50% dos cânceres cerebrais. A hipermetilação do promotor de LIG4 ocorre em 82% dos cânceres colorretais. Este artigo de revisão também indica que a hipermetilação do promotor de NEIL1 ocorre em 62% dos cânceres de cabeça e pescoço e em 42% dos cânceres de pulmão de células não pequenas ; a hipermetilação do promotor de ATM ocorre em 47% dos cânceres de pulmão de células não pequenas ; a hipermetilação do promotor de MLH1 ocorre em 48% dos carcinomas de células escamosas; e a hipermetilação do promotor de FANCB ocorre em 46% dos cânceres de cabeça e pescoço .
Por outro lado, os promotores de dois genes, PARP1 e FEN1 , foram hipometilados e esses genes foram superexpressos em vários tipos de câncer. PARP1 e FEN1 são genes essenciais na união final mediada por microhomologia da via de reparo de DNA, propensa a erros e mutagênica . Se essa via for superexpressada, o excesso de mutações que ela causa pode levar ao câncer. PARP1 é superexpresso em leucemias ativadas por tirosina quinase, em neuroblastoma, em tumores testiculares e de outras células germinativas, e no sarcoma de Ewing, FEN1 é superexpresso na maioria dos cânceres de mama, próstata, estômago, neuroblastomas, pancreáticos, e pulmão.
O dano ao DNA parece ser a principal causa subjacente do câncer. Se o reparo preciso do DNA for deficiente, os danos ao DNA tendem a se acumular. Esse excesso de dano ao DNA pode aumentar os erros de mutação durante a replicação do DNA devido à síntese de translesão propensa a erros . O dano excessivo ao DNA também pode aumentar as alterações epigenéticas devido a erros durante o reparo do DNA. Essas mutações e alterações epigenéticas podem dar origem ao câncer (ver neoplasias malignas ). Assim, a hiper / hipo-metilação da ilha CpG nos promotores dos genes de reparo do DNA são provavelmente centrais para a progressão para o câncer.