Epigenetische processen in de maligne ontaarding: de rol van DNA

capita selecta
Epigenetische processen in de maligne ontaarding: de rol van
DNA-methylering in het ontstaan van kanker
K.P.M.Suijkerbuijk, E.van der Wall, T.van Laar, M.Vooijs en P.J.van Diest
– Fouten in het DNA die leiden tot activatie van oncogenen of inactivatie van tumorsuppressorgenen
gelden als een cruciale stap in de tumorontwikkeling.
– Kennis van processen die de activiteit van genen moduleren, de zogenaamde epigenetische processen,
nemen in belang toe in de zoektocht naar factoren die verantwoordelijk zijn voor ongeremde celgroei.
– De epigenetische en de genetische processen bepalen samen de proliferatie van een cel.
– Afwijkende methyleringspatronen zorgen samen met andere epigenetische processen zoals acetylering en nucleosoomformatie, en een compacte chromatinestructuur voor het onderdrukken van transcriptie, resulterend in inactivatie van tumorsuppressorgenen.
– De methyleringsstatus is een veelbelovende biomarker voor maligniteiten, omdat methylering niet
patiëntspecifiek is, in een vroeg stadium van de tumorgenese optreedt en mogelijk voorafgaat aan
morfologische veranderingen.
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007;151:907-13
‘Foutjes in genen’, zoals mutaties, deleties en inserties,
kunnen middels activatie van oncogenen of inactivatie van
tumorsuppressorgenen leiden tot het ontstaan van maligniteiten.1 Als oncogenen actief zijn, bevorderen ze het ontstaan van een maligniteit, terwijl actieve tumorsuppressorgenen het ontstaan van een maligniteit helpen voorkómen.
Echter, niet alleen fouten in het DNA zelf leiden tot ongebreidelde celgroei. Ook veranderingen in de structuur van
het DNA, de zogenaamde epigenetische processen, beïnvloeden in belangrijke mate de activiteit van genen. Deze
processen kunnen gezien worden als een soort schakelaar
die de genen in cellen aan en uit zet en ze zo in toom houdt.
Waar de genetica refereert aan de overerving van informatie
door middel van veranderingen in de nucleotidesequentie,
refereert epigenetica aan de leer van ‘mitotisch of meiotisch
overerfbare veranderingen in genfunctie die niet verklaard
worden door veranderingen in nucleotidesequentie’.2
DNA-methylering (hierna te noemen ‘methylering’)
geldt als een van de belangrijkste epigenetische processen.
De methyleringsstaat van het DNA wordt bij mitose overgedragen aan de dochtercellen door tussenkomst van het
enzym ‘maintenance methyltransferase’.
De afgelopen jaren heeft het bewijs voor een causale rol
van epigenetische processen tijdens de carcinogenese zich
Universitair Medisch Centrum Utrecht, Postbus 85.500, 3508 GA Utrecht.
Afd. Pathologie: mw.K.P.M.Suijkerbuijk, arts-onderzoeker; hr.dr.T.van
Laar en hr.dr.M.Vooijs, moleculair biologen; hr.prof.dr.P.J.van Diest,
patholoog.
Afd. Interne Geneeskunde: mw.prof.dr.E.van der Wall, internist-oncoloog.
Correspondentieadres: mw.K.P.M.Suijkerbuijk
([email protected]).
opgestapeld.3 Terwijl genetische processen veelal patiëntspecifiek zijn, vormen epigenetische processen zoals methylering een algemener kenmerk van tumorontwikkeling.4
Methylering blijkt zelfs een even frequent voorkomende
oorzaak te zijn van inactivatie van tumorsuppressorgenen
als mutaties.5
In dit artikel gaan wij in op de rol van methylering in het
proces van tumorontwikkeling en -progressie. Om het belang van methylering in de praktijk te illustreren, zullen wij
vervolgens in meer detail ingaan op de mogelijke toepassingen van methylering als biomarker voor maligniteiten.
methylering van dna
Het begrip ‘methylering’ beschrijft de toevoeging van een
methylgroep aan een cytosine, waardoor een methylcytosine
gevormd wordt (figuur 1a). In de regel gebeurt dit slechts als
deze cytosine (C) gevolgd wordt door een guanine (G), de
zogenaamde cytosinefosfaatguanine(CpG)-sequentie (de
‘p’ staat voor de fosfaatgroep die de C en de G aan elkaar
verbindt; dit in tegenstelling tot een C en een G uit twee
verschillende DNA-strengen die complementair zijn). In
het genoom bevinden zich zogenaamde CpG-eilanden, CGrijke gebieden in de promotorregio van het gen, dat is de
DNA-sequentie die ervoor zorgt dat de transcriptie van een
gen kan plaatsvinden. Normaal gesproken zijn deze gebieden gehypomethyleerd (zie figuur 1b), waardoor het DNA
toegankelijk is voor transcriptiefactoren en transcriptie kan
plaatsvinden.
Het niet-coderende deel van het genoom bestaat uit de
DNA-sequenties die zich bevinden in de genen, maar die
niet worden gebruikt om voor de eiwitten die door die
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
907
figuur 1. (a) Vorming van 5-methylcytosine onder invloed van het enzym DNA-methyltransferase (DNMT). DNMT katalyseert de methylering op de 5-positie van de cytosinering, waarbij S-adenosylmethionine donor is van de methylgroep (CH3); (b,c) methylering en
samenhangende processen onder normale omstandigheden en bij neoplastische transformatie; (b) normaal gesproken is het cytosinefosfaatguanine(CpG)-eiland in de promotorregio (exon 1) van het tumorsuppressorgen ongemethyleerd en kan derhalve transcriptie
daarvan plaatsvinden; de startplaats van de transcriptie is namelijk toegankelijk voor het zogenaamde transcriptiecomplex dat bestaat
uit histonacetyltransferase (HAT), transcriptiefactoren (TF) en coactivatoren (CA); het ongemethyleerde DNA is daardoor beschermd
tegen de activiteit van DNA-methyltransferasen (DNMT’s) en transcriptierepressiecomplexen die methylcytosinebindende proteïnen
(MBP) en histondeacetylasen (HDAC) bevatten; buiten de promotorregio (exon 2 en 3) zijn de gemethyleerde CpG’s gemethyleerd gebonden aan repressieve MBP-HDAC-complexen; (c) tijdens carcinogenese worden steeds meer CpG-eilanden gemethyleerd, waardoor
transcriptie wordt voorkomen en het tumorsuppressorgen wordt geïnactiveerd; in de tumorcel vindt door tussenkomst van DNMT’s
hypermethylering van CpG’s in de promotorregio plaats; HDAC-MBP-repressiecomplexen binden aan de startplaats van de transcriptie
ten koste van het transcriptiecomplex.
genen worden bepaald, te coderen. In de normale situatie
zijn de niet-coderende delen van het DNA gehypermethyleerd, hetgeen bijdraagt aan chromosomale stabiliteit en inactivatie van zogenaamde transposons. (Een transposon is
een mobiel genetisch element dat zich verplaatst binnen het
genoom van een cel, en hierbij mutaties in het DNA en veranderingen in de hoeveelheid DNA veroorzaakt.)
Hypermethylering van de DNA-sequenties die de informatie dragen voor mRNA-moleculen en die zo de aminozuursequentie van eiwitten (de zogenaamde ‘coderende
908
sequentie’) bepalen, speelt in gezonde cellen een essentiële
rol bij X-chromosoominactivatie, weefselspecifieke expressie en ‘genomic imprinting’. Dat laatste zorgt voor modificatie in een deel van de genen, hetgeen resulteert in differentiële expressie van de twee ouderlijke allelen. In sommige van deze genen zorgt methylering voor expressie
vanuit het moederlijke chromosoom, terwijl het vaderlijke
chromosoom onderdrukt wordt en vice versa.
Methyleringstoename in tumoren. Gedurende het leven ontstaan er steeds meer afwijkingen in de methylering. Deze
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
toename valt echter in het niet bij de methyleringstoename
die zich in tumoren voordoet. Mede vanwege het zogenaamde ‘field’-defect dat in veel tumoren een rol lijkt te spelen
(hetgeen inhoudt dat niet alleen de tumor, maar ook het
gebied eromheen aberrante methylering vertoont),6 wordt
rekening gehouden met een effect van omgevingsfactoren
op methylering. Samenhangen met dieetfactoren (foliumzuur, choline, methionine, vitamine B6/B12, zink),7 alcoholgebruik en roken,8 en virale factoren9 worden gesuggereerd,
maar zijn niet bewezen. Feit blijft dat de determinanten van
methylering in het proces van carcinogenese grotendeels
onbekend en onverklaard zijn, een interessant gebied voor
verder onderzoek.
afwijkende methyleringspatronen bij
tumorontwikkeling
Er zijn 3 soorten afwijkende methyleringspatronen die een
rol spelen in tumorontwikkeling: promotorhypermethylering, globale hypomethylering en ‘loss of imprinting’.
Promotorhypermethylering. In tumorcellen wordt op grote
schaal hypermethylering van coderende gebieden gevonden
(zie figuur 1c). Dit leidt tot transcriptionele inactivatie van
tumorsuppressorgenen.10 Methylering vormt zo een alternatief voor mutaties op de weg naar neoplastische ontaarding als ‘first’ of ‘second hit’ in de ‘two-hit’-hypothese van
Knudson.11 Er is een scala aan genen geïdentificeerd; promotorhypermethylering van deze genen speelt een belangrijke rol bij tumorgenese en -progressie (tabel).
Promotorhypermethylering van tumorsuppressorgenen
zorgt voor inactivatie van die beschermende genen en verleent de cel 6 biologische capaciteiten die een maligne ontaarding faciliteren:12 onbeperkte replicatie (dat geldt voor
p16, cycline D2, glutathion-S-transferase-P(GSTP)-1, ‘breast
cancer 1’ (BRCA1), retinoïnezuurreceptor (RAR)-β; zie de
tabel), zelfvoorziening in groeisignalen (oestrogeenreceptor (ER), RASSF1A), ongevoeligheid voor groei-inhibitoren
(HIN1), ontsnapping aan apoptose (TWIST, ‘death-associated’-proteïne(DAP)-kinase), ondersteuning van de angiogenese (p73) en weefselinvasie en metastasering (adenomateuze polyposis coli (APC), E-cadherine).
Algemene hypomethylering. Naast hypermethylering van
CpG-eilanden10 vindt in tumorcellen algemene hypomethylering plaats.13 Dat wil zeggen dat het niet-coderende deel
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
909
Genen die promotorhypermethylering ondergaan in verschillende maligniteiten
gen*
chromosoom
locatie/maligniteit
functie van het gen
gevolg van inactivering door methylering
APC
BRCA1
E-cadherine
cycline D2
DAP-kinase
ER
GSTP1
hMLH1
MGMT
p14 ARF
p15 INK4b
p16 INK4a
RARβ
RASSF1
5q21-q22
17q21
16q22.1
12p13
9q34.1
6q25.1
11q13
3p21.3
10q26
9p21
9p21
9p21
3p24
3p21.3
borst, tractus aerodigestivus
borst, ovarium
borst, maag, leukemie, schildklier
borst, pancreas, maag, prostaat
borst, long, lymfoom
borst, colon, leukemie
prostaat, borst, nier, lever
colon, maag, endometrium
hersenen, colon, long, lymfoom
colon, maag, borst, nier
leukemie
solide tumoren, lymfoom
colon, long, lymfoom, borst
long, borst, ovarium
β-catenine-inhibitor
DNA-herstel
celadhesie
celcyclus
proapoptotisch
oestrogeenreceptor
DNA-herstel
mismatchherstel
DNA-herstel
bindt/stabiliseert p53-eiwit
celcyclus
celcyclus
retinoïnezuurreceptor
raseffectorhomoloog
onbekend
dubbele streng breekt
metastasering
proliferatie
inhibitie van apoptose
hormoonongevoeligheid
accumulatie van DNA-adducten
‘frameshift’-mutaties
mutaties/chemosensitiviteit
p53-inactivatie
proliferatie (geen veroudering; ‘senescence’)
proliferatie (geen veroudering; ‘senescence’)
geen respons op retinoïden
onbekend
*APC
= adenomateuze polyposis coli; BRCA = ‘breast cancer’; DAP-kinase = ‘death-associated’-proteïnekinase; ER = oestrogeenreceptor; GSTP =
glutathion-S-transferase-P; hMLH1 = humaan ‘mutL, E. coli, homolog of, 1’; MGMT = methylguanine-DNA-methyltransferase; ARF = ‘alternative
reading frame’; INK = ‘inhibitor of cyclin-dependent kinase’; RAR = retinoïnezuurreceptor.
van het genoom buiten de CpG-eilanden dat van nature
gemethyleerd is en dus ontoegankelijk is voor transcriptiefactoren, methylgroepen verliest. Het is onvoldoende helder
wat de rol is van deze demethylering in de ontwikkeling van
tumoren, maar er zijn aanwijzingen dat de demethylering leidt tot chromosomale instabiliteit14 en reactivatie
van transposons.15 In bepaalde tumoren, zoals coloncarcinomen, lijkt demethylering zelfs een belangrijkere rol te
spelen in het ontstaan van genomische schade dan de hypermethylering van CpG-eilanden.16
Loss of imprinting. Bij loss of imprinting wordt de regulatie van de ‘genomic imprinting’ verstoord door hyper- of
hypomethylering. Een voorbeeld hiervan is loss of imprinting van het IGF2/H19-locus,17 dat codeert voor insulineachtige groeifactor II (IGF2). Expressie van IGF2 vindt normaal
gesproken plaats vanaf het vaderlijke chromosoom. Loss
of imprinting van het moederlijke chromosoom zorgt voor
een toegenomen expressie van IGF2 dat een belangrijke bevorderende rol speelt in de ontwikkeling van colon-, long-,
lever- en ovariumcarcinomen.
samenhang met andere epigenetische
processen
Welke rol methylering exact speelt in het proces van inactivatie van tumorsuppressorgenen vormt een punt van discussie. Promotorhypermethylering onderdrukt de transcriptie van het betreffende gen direct door het voorkómen
van de binding van de transcriptiefactoren die nodig zijn om
de eiwitsynthese op gang te brengen. Daarnaast is in het indirecte effect van methylering op transcriptionele inactiviteit een belangrijke rol weggelegd voor histonmethylering,
910
-deacetylering, -fosforylering en -ubiquitinering, evenals
voor methylbindende proteïnen, nucleosomen en de chromatinestructuur. Dat gaat als volgt.
In de normale cel zijn de CpG’s in de promotorregio ongemethyleerd (zie figuur 1b). Dit zorgt ervoor dat de startplaats van de transcriptie toegankelijk is voor het zogenaamde transcriptiecomplex, dat bestaat uit de elementen
histonacetyltransferase (HAT), transcriptiefactoren en coactivatoren. Tegelijkertijd is het ongemethyleerde DNA beschermd tegen de activiteit van DNA-methyltransferasen
(DNMT’s) en transcriptierepressiecomplexen die methylcytosinebindende proteïnen (MBP) en histondeacetylasen
(HDAC) bevatten. De nucleosomen in transcriptioneel
actieve gebieden rondom de promotor liggen ver uit elkaar
en bevatten veel geacetyleerde histonen. Het transcriptioneel inactieve DNA buiten de promotorregio wordt gekenmerkt door gemethyleerde CpG’s, waaraan repressieve
MBP-HDAC-complexen gebonden zijn. Het DNA is compact, met regelmatig verdeelde nucleosomen met gedeacetyleerde histonen.
In de tumorcel vindt door tussenkomst van DNMT’s methylering van CpG’s in de promotorregio plaats (zie figuur
1c). Dit zorgt ervoor dat het transcriptiecomplex niet kan
binden, terwijl naast DNMT’s HDAC-MBP-bevattende repressiecomplexen wel toegang hebben tot de startplaats van
de transcriptie. Compacte nucleosomen met gedeacetyleerde histonen en repressief chromatine (dat is chromatinevorming die de transcriptie onderdrukt) bezetten de promotor,
die daardoor transcriptionele activiteit verliest.
Uit experimenten met DNMT-inhibitoren, zoals 5-azacytidine, in combinatie met HDAC-inhibitoren zoals trichostatine A blijkt dat het effect van methylering sterker is
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
dan het effect van andere epigenetische processen zoals
acetylering.18 DNMT’s hebben niet alleen een direct methylerend effect op het DNA, maar coördineren mogelijk het
volledige proces van transcriptionele repressie door middel van het rekruteren van MBP’s en HDAC’s.19 Duidelijk is
dat het geheel een wankel, maar evenzeer dynamisch evenwicht vormt. Dit dynamische karakter van epigenetische
veranderingen vormt mogelijk een selectief voordeel voor
de tumor ten opzichte van het minder dynamisch reagerende lichaam.
Familiaire en sporadische kanker. Bijna 50% van de genen
die familiaire kankersyndromen kunnen veroorzaken door
een kiembaanmutatie wordt bij sporadische vormen van
kanker geïnactiveerd door methylering.5 Methylering van
de BRCA1-promotor, aanwezig in 10-15% van de sporadische
mammacarcinomen, zorgt samen met verlies van heterozygositeit (‘loss of heterozygosity’) voor een verlaagde expressie van het BRCA1-eiwit. Sporadische mammatumoren die
de functie van BRCA1 verloren hebben door methylering,
vertonen een fenotype dat vergelijkbaar is met dat van draagsters van een kiembaanmutatie in het BRCA1.20
interactie tussen genetica en epigenetica
Uit het voorgaande blijkt dat zowel de genetische als de epigenetische processen een essentiële rol spelen in de tumorontwikkeling.10 De hieruit voorvloeiende vraag is in hoeverre er interactie tussen beide processen plaatsvindt. In verschillende tumoren is aangetoond dat hypermethylering
van DNA-herstelgenen (zoals hMLH1 in maag-darmtumo-
ren, BRCA1 in mammacarcinomen en GSTP1 in prostaatcarcinomen; zie de tabel) samengaat met een verhoogde gevoeligheid voor genetische veranderingen (figuur 2).3 Andersom is het niet onwaarschijnlijk dat mutaties in DNMT’s,
MBP’s en chromatine-‘modifiers’ leiden tot een verhoogde
frequentie van afwijkende methyleringspatronen.21 22
methylering als biomarker voor kanker
Er zijn voldoende aanwijzingen voor een substantiële rol
van methylering bij tumorontwikkeling.4 23 24 Als biomarker
voor kanker is de methyleringsstatus wellicht geschikter
dan bijvoorbeeld de opsporing van mutaties.25 Waar genetische processen veelal patiëntspecifiek zijn, vormen epigenetische processen zoals methylering een algemener
kenmerk van carcinogenese.4 Daarbij is de detectie van een
positief signaal tegen een negatieve achtergrond, zoals een
gehypermethyleerde sequentie ten opzichte van het gehypomethyleerde genoom, technisch eenvoudiger dan bijvoorbeeld het vaststellen van verlies van heterozygositeit.25 Een
ander interessant gegeven is dat methylering in veel gevallen in een vroeg stadium van tumorontwikkeling en -progressie optreedt.5 10 Mogelijk betekent dit dat methylering
voorafgaat aan morfologische veranderingen en daarmee
geschikter is dan cytologisch of histologisch onderzoek
voor de vroege detectie van tumoren.
Op het gebied van methyleringsdetectie zijn er twee benaderingen mogelijk: de genoombrede en de genspecifieke.
De genoombrede analyse geeft een vollediger beeld en
verschaft inzicht in veranderde patronen van afwijkende
methylering
microsatellietinstabiliteit
hMLH1
GSTP1
gevoeligheid voor schade door oxidatieve stress
BRCA1
EPIGENETICA
genetische
instabiliteit
defect DNA-herstel
GENETICA
mutatie
DNA-methyltransferase
epigenetische
instabiliteit
methylbindend proteïne
chromatine-‘modifier’
figuur 2. Schematische weergave van de interactie tussen genetische en epigenetische processen bij neoplastische transformatie.
Inactivatie door hypermethylering van DNA-herstelgenen, zoals hMLH1, BRCA1 en GSTP1 leidt tot een verhoogde gevoeligheid voor genetische veranderingen door respectievelijk microsatellietinstabiliteit, verhoogde gevoeligheid voor oxidatieve stress en defecten in DNAherstel. Andersom leiden mutaties in DNA-methyltransferasen, methylbindende proteïnen en chromatine-‘modifiers’ tot een verhoogde
frequentie van afwijkende methyleringspatronen.
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
911
methylering. Een probleem bij genoombrede assays is dat
de betekenis van methyleringsafwijkingen afhangt van de
regio van het genoom en dat de functies van CpG-eilanden
op specifieke locaties nog niet volledig opgehelderd zijn.26
Storende elementen hierbij zijn de zwaar gemethyleerde
gebieden van bijvoorbeeld transposons.
Bij de genspecifieke benadering focust men op methylering in een bepaald CpG-eiland dat samenvalt met de promotorregio van een bepaald gen of tumorsuppressorgen.
Wanneer genspecifiek gekeken wordt, is de significantie
van de methylering duidelijker: de stroomafwaarts gelegen
genen worden consistent geïnactiveerd als het CpG-eiland
gemethyleerd wordt. Het nadeel van deze benadering is dat
men naar een zeer beperkt deel van het genoom, namelijk
één van duizenden CpG-eilanden, kijkt en nieuwe aangrijpingspunten niet gevonden worden. Wat de geschiktste
methode is, hangt af van het doel van de analyse. Als het
doel is om genen te identificeren die geïnactiveerd worden
door hypermethylering, dan is de genoombrede analyse de
compleetste en meest onbevooroordeelde aanpak. Wanneer
men markers voor een ziekte zoekt, is men niet geïnteresseerd in het effect van methylering op transcriptie, maar in
het vinden van een nauw verband tussen methylering in een
bepaald CpG-gebied en een bepaalde aandoening.
Al met al is de methyleringsstatus een veelbelovende biomarker,27 geschikt voor een grote diversiteit aan praktische
toepassingen. Hierbij kan gedacht worden aan het bepalen
van methyleringsprofielen in DNA verkregen uit pancreassap,28 bronchoalveolaire lavagevloeistof,29 prostaatsecreet,30
urine31-33 en feces.34 Een ander interessant voorbeeld is het
gebruik van de methyleringsstatus in DNA verkregen uit
tepelvocht als screeningsmethode voor borstkanker.35-38
Het feit dat het proces van methylering farmacologisch
reversibel is, maakt het, naast een waardevolle biomarker,
ook een interessant doelwit voor therapie. Fase II-studies
met methyltransferase-inhibitoren, zoals 5-azacytidine en
5-aza-2'-deoxycytidine, bij patiënten met hematologische
maligniteiten zijn veelbelovend.39 40 Verder kan de methyleringsstatus van bijvoorbeeld DAP-kinase41 en p1642 43 in de
toekomst mogelijk dienstdoen als prognostische marker.
Belangenconflict: geen gemeld. Financiële ondersteuning: het door ons
uitgevoerde onderzoek naar methylering in tepelvocht dat in dit artikel
genoemd wordt,38 wordt ondersteund door het Integraal Kankercentrum Midden-Nederland, de Ate Visser stichting, KWF-kankerbestrijding
(onderzoeksjaar voor arts-assistenten) en The American Women’s Club
of the Hague.
Aanvaard op 12 december 2006
Literatuur
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
conclusie
Fouten in het DNA spelen een cruciale rol in het ontstaan
van maligniteiten. Minstens zo belangrijk zijn echter de epigenetische processen, zoals methylering, die rondom het
genoom de functie van genen aansturen. De epigenetica
verovert terrein in de zoektocht naar processen die verantwoordelijk zijn voor ongeremde celgroei. Methylering speelt
een substantiële rol in de vroege fase van tumorontwikkeling en gaat mogelijk vooraf aan morfologische veranderingen. Dit maakt methylering een interessante biomarker
voor de screening van verschillende maligniteiten. Tot slot
912
lijkt methylering als doelwit voor antikankerbehandeling
veelbelovend.
15
16
17
18
Haber DA, Fearon ER. The promise of cancer genetics. Lancet. 1998;
351(Suppl 2):SII1-8.
Bird A. DNA methylation patterns and epigenetic memory. Genes
Dev. 2002;16:6-21.
Esteller M. Epigenetic lesions causing genetic lesions in human cancer: promoter hypermethylation of DNA repair genes. Eur J Cancer.
2000;36:2294-300.
Esteller M. Aberrant DNA methylation as a cancer-inducing mechanism. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 2005;45:629-56.
Jones PA, Baylin SB. The fundamental role of epigenetic events in
cancer. Nat Rev Genet. 2002;3:415-28.
Guo M, House MG, Hooker C, Han Y, Heath E, Gabrielson E, et al.
Promoter hypermethylation of resected bronchial margins: a field
defect of changes? Clin Cancer Res. 2004;10:5131-6.
Oommen AM, Griffin JB, Sarath G, Zempleni J. Roles for nutrients
in epigenetic events. J Nutr Biochem. 2005;16:74-7.
Shukla SD, Aroor AR. Epigenetic effects of ethanol on liver and gastrointestinal injury. World J Gastroenterol. 2006;12:5265-71.
Burgers WA, Blanchon L, Pradhan S, de Launoit Y, Kouzarides T, Fuks
F. Viral oncoproteins target the DNA methyltransferases. Oncogene.
2007;26:1650-5.
Baylin SB, Herman JG. DNA hypermethylation in tumorigenesis:
epigenetics joins genetics. Trends Genet. 2000;16:168-74.
Knudson AG. Two genetic hits (more or less) to cancer. Nat Rev
Cancer. 2001;1:157-62.
Widschwendter M, Jones PA. DNA methylation and breast carcinogenesis. Oncogene. 2002;21:5462-82.
Ehrlich M. DNA methylation in cancer: too much, but also too little.
Oncogene. 2002;21:5400-13.
Narayan A, Ji W, Zhang XY, Marrogi A, Graff JR, Baylin SB, et al.
Hypomethylation of pericentromeric DNA in breast adenocarcinomas. Int J Cancer. 1998;77:833-8.
Walsh CP, Chaillet JR, Bestor TH. Transcription of IAP endogenous
retroviruses is constrained by cytosine methylation. Nat Genet. 1998;
20:116-7.
Suzuki K, Suzuki I, Leodolter A, Alonso S, Horiuchi S, Yamashita K,
et al. Global DNA demethylation in gastrointestinal cancer is age
dependent and precedes genomic damage. Cancer Cell. 2006;9:
199-207.
Steenman MJ, Rainier S, Dobry CJ, Grundy P, Horon IL, Feinberg AP.
Loss of imprinting of IGF2 is linked to reduced expression and abnormal methylation of H19 in Wilms’ tumour. Nat Genet. 1994;7:433-9.
Cameron EE, Bachman KE, Myohanen S, Herman JG, Baylin SB.
Synergy of demethylation and histone deacetylase inhibition in the
re-expression of genes silenced in cancer. Nat Genet. 1999;21:103-7.
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
19 Fuks F, Burgers WA, Brehm A, Hughes-Davies L, Kouzarides T. DNA
methyltransferase Dnmt1 associates with histone deacetylase activity.
Nat Genet. 2000;24:88-91.
20 Birgisdottir V, Stefansson OA, Bodvarsdottir SK, Hilmarsdottir H,
Jonasson JG, Eyfjord JE. Epigenetic silencing and deletion of the
BRCA1 gene in sporadic breast cancer. Breast Cancer Res. 2006;8:R38.
21 Esteller M. Epigenetics provides a new generation of oncogenes and
tumour-suppressor genes. Br J Cancer. 2006;94:179-83.
22 Paz MF, Avila S, Fraga MF, Pollan M, Capella G, Peinado MA, et al.
Germ-line variants in methyl-group metabolism genes and susceptibility to DNA methylation in normal tissues and human primary
tumors. Cancer Res. 2002;62:4519-24.
23 Bird AP. The relationship of DNA methylation to cancer. Cancer Surv.
1996;28:87-101.
24 Lehmann U, Langer F, Feist H, Glockner S, Hasemeier B, Kreipe H.
Quantitative assessment of promoter hypermethylation during breast
cancer development. Am J Pathol. 2002;160:605-12.
25 Herman JG, Baylin SB. Gene silencing in cancer in association with
promoter hypermethylation. N Engl J Med. 2003;349:2042-54.
26 Ushijima T. Detection and interpretation of altered methylation
patterns in cancer cells. Nat Rev Cancer. 2005;5:223-31.
27 Esteller M. Relevance of DNA methylation in the management of
cancer. Lancet Oncol. 2003;4:351-8.
28 Matsubayashi H, Canto M, Sato N, Klein A, Abe T, Yamashita K, et al.
DNA methylation alterations in the pancreatic juice of patients with
suspected pancreatic disease. Cancer Res. 2006;66:1208-17.
29 Topaloglu O, Hoque MO, Tokumaru Y, Lee J, Ratovitski E, Sidransky
D, et al. Detection of promoter hypermethylation of multiple genes in
the tumor and bronchoalveolar lavage of patients with lung cancer.
Clin Cancer Res. 2004;10:2284-8.
30 Gonzalgo ML, Nakayama M, Lee SM, De Marzo AM, Nelson WG.
Detection of GSTP1 methylation in prostatic secretions using combinatorial MSP analysis. Urology. 2004;63:414-8.
31 Cairns P. Detection of promoter hypermethylation of tumor suppressor genes in urine from kidney cancer patients. Ann N Y Acad Sci.
2004;1022:40-3.
32 Dulaimi E, Uzzo RG, Greenberg RE, Al-Saleem T, Cairns P. Detection
of bladder cancer in urine by a tumor suppressor gene hypermethylation panel. Clin Cancer Res. 2004;10:1887-93.
33 Battagli C, Uzzo RG, Dulaimi E, Ibanez de Caceres I, Krassenstein R,
Al-Saleem T, et al. Promoter hypermethylation of tumor suppressor
genes in urine from kidney cancer patients. Cancer Res. 2003;63:
8695-9.
34 Muller HM, Oberwalder M, Fiegl H, Morandell M, Goebel G, Zitt M,
et al. Methylation changes in faecal DNA: a marker for colorectal
cancer screening? Lancet. 2004;363:1283-5.
35 Evron E, Dooley WC, Umbricht CB, Rosenthal D, Sacchi N, Gabrielson E, et al. Detection of breast cancer cells in ductal lavage fluid by
methylation-specific PCR. Lancet. 2001;357:1335-6.
36 Fackler MJ, McVeigh M, Mehrotra J, Blum MA, Lange J, Lapides A,
et al. Quantitative multiplex methylation-specific PCR assay for the
detection of promoter hypermethylation in multiple genes in breast
cancer. Cancer Res. 2004;64:4442-52.
37 Krassenstein R, Sauter E, Dulaimi E, Battagli C, Ehya H, Klein-Szanto
A, et al. Detection of breast cancer in nipple aspirate fluid by CpG
island hypermethylation. Clin Cancer Res. 2004;10(1 Pt 1):28-32.
38 Suijkerbuijk KP, Wall E van der, Laar T van, Luijt RB van der, Nesselrooij BP van, Diest PJ van. Moleculaire analyse van tepelvocht voor het
monitoren van patiënten met een hoog risico op mammacarcinoom.
Nederlands Tijdschrift voor Oncologie. 2007;4:11-9.
39 Gore SD. Combination therapy with DNA methyltransferase inhibitors in hematologic malignancies. Nat Clin Pract Oncol. 2005;2 Suppl
1:S30-5.
40 Issa JP, Garcia-Manero G, Giles FJ, Mannari R, Thomas D, Faderl S,
et al. Phase 1 study of low-dose prolonged exposure schedules of the
hypomethylating agent 5-aza-2'-deoxycytidine (decitabine) in hematopoietic malignancies. Blood. 2004;103:1635-40.
41 Tang X, Khuri FR, Lee JJ, Kemp BL, Liu D, Hong WK, et al. Hypermethylation of the death-associated protein (DAP) kinase promoter
and aggressiveness in stage I non-small-cell lung cancer. J Natl
Cancer Inst. 2000;92:1511-6.
42 Esteller M, Gonzalez S, Risques RA, Marcuello E, Mangues R, Germa
JR, et al. K-ras and p16 aberrations confer poor prognosis in human
colorectal cancer. J Clin Oncol. 2001;19:299-304.
43 Shiozawa E, Takimoto M, Makino R, Adachi D, Saito B, YamochiOnizuka T, et al. Hypermethylation of CpG islands in p16 as a prognostic factor for diffuse large B-cell lymphoma in a high-risk group.
Leuk Res. 2006;30:859-67.
Abstract
Epigenetic processes in malignant transformation: the role of DNA
methylation in cancer development
– Defects in DNA that activate oncogenes or inactivate tumour-suppressor genes are regarded as a crucial step in tumour development.
– Understanding the processes that modulate gene activity, the socalled epigenetic processes, is gaining importance in the search for
factors responsible for uncontrolled cell growth.
– Cell proliferation is determined by epigenetic and genetic processes.
– Abnormal patterns of methylation and other epigenetic processes,
such as acetylation, nucleosome formation and compact chromatin
structure, can suppress transcription and inactivate tumour-suppressor genes.
– Methylation status is a promising biomarker for malignancy because
the process is not patient-specific, it occurs at an early stage of tumour
development and may precede morphological changes.
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007;151:907-13
Ned Tijdschr Geneeskd. 2007 21 april;151(16)
913