加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校（UCSB）的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)分子途徑,，此途徑可能解釋一個(gè)特別致命的癌癥形式如何發(fā)生。這一發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致形成新癌癥療法,，這種療法改變細(xì)胞而不是殺死細(xì)胞。研究結(jié)果發(fā)表在最近的雜志Journal of Biological Chemistry上,。
UCSB的研究小組描述了DNA中的某一突變?nèi)绾纹茐募毙运杓?xì)胞白血病(AML)患者的細(xì)胞功能,。研究人員迅速研究這個(gè)由另一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，即AML患者在某一酶上存在突變,，它在New England Journal of Medicine已有報(bào)道,。這個(gè)酶是一個(gè)稱為DNMT3A的蛋白質(zhì)，它在AML患者DNA如何被甲基化或標(biāo)記中導(dǎo)致變化,。UCSB的化學(xué)與生物化學(xué)系教授Norbert Reich,，已經(jīng)與他的研究團(tuán)隊(duì)一起研究此特定酶，因此他們開(kāi)始在細(xì)胞水平研究AML的疾病過(guò)程,。
Reich解釋說(shuō),，標(biāo)記是細(xì)胞水平閱讀DNA的一種方式。這屬于一個(gè)稱為表觀遺傳學(xué)的研究領(lǐng)域,，它是一個(gè)出現(xiàn)在遺傳學(xué)"頂部"的過(guò)程,。每個(gè)人有大約200種具相同DNA的細(xì)胞，而這些必須以不同方式被控制,。"有一種酶--一個(gè)蛋白質(zhì)--標(biāo)簽DNA和控制你細(xì)胞中哪一個(gè)基因,。你的DNA被打開(kāi)和被關(guān)閉"， Reich說(shuō),，"所以,，你有20000個(gè)基因，而你必須在你的大腦中不同地控制他們,，除了你的肝臟以外,。"
Reich解釋說(shuō),，目前的興趣存在于作為癌癥治療方向的表觀遺傳學(xué)的廣闊領(lǐng)域。"有一個(gè)明確的觀點(diǎn),，即這可能是開(kāi)發(fā)治療方法的一條新道路,，因?yàn)槟銢](méi)有必要?dú)⑺腊┘?xì)胞"，Reich說(shuō),，"幾乎每一種出現(xiàn)在那里的癌癥治療方法都是循癌細(xì)胞必須要被殺死的原則而起作用的,。"
用表觀遺傳學(xué),，而不只是有編碼某一基因的DNA序列,，這里有一個(gè)表觀遺傳過(guò)程，在遺傳過(guò)程頂部具有另一層次的信息,。在這種情況下,，那種信息是由甲基團(tuán)所標(biāo)記的。
"如果你真的回想一下它,，這是答案的一部分,，關(guān)于您的細(xì)胞如何可以如此不同，但他們都有相同的DNA",， Reich說(shuō),，"你的每一個(gè)細(xì)胞有相同的基因組，但你沒(méi)有相同的表觀遺傳,，這是基本的甲基化模式,，標(biāo)記模式。這就是你每一種細(xì)胞的不同所在,。又回到癌癥,，在那些白血病患者中，標(biāo)記是混亂的,。模式是不正確的,。我們的大貢獻(xiàn)是，我們已經(jīng)解釋此酶的突變能如何導(dǎo)致標(biāo)記模式的瓦解,。"
UCSB研究小組開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)測(cè)試,，此測(cè)試表明白血病中的突變體酶只能短距離作用于DNA。作為一個(gè)結(jié)果,，健康細(xì)胞精確的甲基化模式被擾亂,，導(dǎo)致基因在錯(cuò)誤的地點(diǎn)和時(shí)間被打開(kāi)，這反過(guò)來(lái)會(huì)引發(fā)癌細(xì)胞生長(zhǎng),。
該研究小組發(fā)現(xiàn),，AML患者的突變已經(jīng)造成四個(gè)蛋白質(zhì)的某一復(fù)合物被破壞。"令人驚訝的是,，此破壞沒(méi)有停止酶被激活,；它沒(méi)有停止酶標(biāo)記DNA",， Reich說(shuō)，"相反,，它停止了它能這樣做的方法,。而不是去你的DNA那里和標(biāo)記染色體的整個(gè)區(qū)域，它去那里,，做了一件事,，然后離開(kāi)。這樣的過(guò)程,，這樣的改變,，是我們?cè)诎籽』颊咧兴吹降摹Ｋ?，我們認(rèn)為我們有這種疾病的一個(gè)分子解釋,。"
Reich說(shuō)，目前的處方藥物Vidaza通過(guò)影響AML中突變的相同酶來(lái)發(fā)揮作用,。這對(duì)于醫(yī)藥行業(yè)開(kāi)發(fā)靶向負(fù)責(zé)標(biāo)記DNA的酶的其他療法很有興趣,。這些表觀遺傳抑制劑將重編細(xì)胞，而不是殺死細(xì)胞,。
傳統(tǒng)的癌癥療法使用放療和化療來(lái)消除或殺死癌細(xì)胞,。"問(wèn)題是，癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的區(qū)別往往非常微小",， Reich說(shuō),，"所以，你有一個(gè)已知的最困難的治療挑戰(zhàn),，就是區(qū)分兩種人類(lèi)細(xì)胞--一個(gè)是癌癥細(xì)胞,，一個(gè)不是。而不是殺死細(xì)胞,，這概念就是如果你能重編程細(xì)胞,，它隨后又回到正常。你攔截癌癥的發(fā)展,。這仍然是一個(gè)愿望,；它沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)，但這就是吸引人們到基于表觀遺傳學(xué)治療領(lǐng)域的東西,，因?yàn)椴槐貧⑺兰?xì)胞的前景,。"
Celeste Holz-Schietinger 和Douglas Matje，都是在Reich實(shí)驗(yàn)室工作的研究生,，他們是本文的第一,、二作者。（生物谷bioon.com）
doi:10.1074/jbc.M111.284687
PMC:
PMID:
Oligomerization of DNMT3A Controls the Mechanism of de Novo DNA Methylation
C. Holz-Schietinger, D. M. Matje, M. F. Harrison, N. O. Reich
Abstract DNMT3A is one of two human de novo DNA methyltransferases essential for regulating gene expression through cellular development and differentiation. Here we describe the consequences of single amino acid mutations, including those implicated in the development of acute myeloid leukemia (AML) and myelodysplastic syndromes, at the DNMT3A·DNMT3A homotetramer and DNMT3A·DNMT3L heterotetramer interfaces. A model for the DNMT3A homotetramer was developed via computational interface scanning and tested using light scattering and electrophoretic mobility shift assays. Distinct oligomeric states were functionally characterized using fluorescence anisotropy and steady-state kinetics. Replacement of residues that result in DNMT3A dimers, including those identified in AML patients, show minor changes in methylation activity but lose the capacity for processive catalysis on multisite DNA substrates, unlike the highly processive wild-type enzyme. Our results are consistent with the bimodal distribution of DNA methylation in vivo and the loss of clustered methylation in AML patients. Tetramerization with the known interacting partner DNMT3L rescues processive catalysis, demonstrating that protein binding at the DNMT3A tetramer interface can modulate methylation patterning. Our results provide a structural mechanism for the regulation of DNMT3A activity and epigenetic imprinting.
