Взаимодействие опухолевых супрессоров с гистонами препятствует экспрессии генов

Группа исследователей во главе с учеными из Онкологического центра Андерсона в Техасском университете представила свои результаты по действию белков-супрессоров опухоли на экспрессию генов на AACR Annual Meeting 2014. Они установили, что супрессоры подавляют экспрессию путем воздействия на другой белок, тесно переплетенный с ДНК. Кроме того, они опубликовали в журнале Nature подтверждение гипотезы, по которой в этот процесс вовлечены белки гистоны, которые связываются с ДНК при формировании хромосом. В этом исследовании впервые установлена новая роль гистонов как регуляторов транскрипции генов помимо закрепленных за ними функций.

Ученые обнаружили, что высокий уровень экспрессии опухолевого супрессора ZMYND11 ассоциирован с более длительной выживаемостью пациентов с тройным негативным раком молочной железы. Кроме того, ведущий автор исследования, доцент биохимии и молекулярной биологии в Онкологическом центре Андерсона доктор Ши (Xiaobing Shi) отмечает, что гистон Н3.3, являющийся субстратом для независимой от репликации сборки нуклеосом, модифицируется путем метилирования для создания специфической эпигенетической структуры при участии белка-супрессора ZMYND11. В свою очередь белок блокирует активацию гена. Этот комбинированный эффект хорошо соотносится с гипотезой об участии в процессе гистонов. Метилирование, т.е. присоединение метильной группы к гену или белку, а также другие способы модификации гистонов рассматриваются как эпигенетические факторы, которые изменяют поведение генов без изменения кодирующей ДНК. Ши с коллегами обнаружили, что ZMYND11 «прочитывает» модифицированный гистон Н3.3, взаимодействуя с ним через триметильную химическую группу, связанную с Н3.3. В этом положении ZMYND11 препятствует этапу элонгации в процессе активации гена, ингибируя рост опухоли.

Ранее было известно, что ZMYND11 может быть кандидатом на роль опухолевого супрессора, поскольку он подавлял рост ряда опухолей человека. В частности это наблюдалось при его гиперэкспрессии в клеточных линиях остеосаркомы и тройного негативного рака молочной железы. Вариант ZMYND11, который не мог связываться с триметильной группой на Н3.3, не подавлял рост опухолевых клеток. Исследователи провели эксперимент на животных, в котором обнаружили уменьшение размера опухолей in vivo. При моделировании тройного негативного рака молочной железы мышам вводили раковые клетки, которые гиперэкспрессировали ZMYND11. Объем опухоли в этом случае был менее 50 кубических мм. Тогда как в контрольной группе, а также у животных, которым вводили клетки, экспрессирующие неспособный связываться с метильными группами ZMYND11, размер опухолей составил от 150 до 400 кубических мм за 8 недель. При нокауте гена ZMYND11 в клетках линии остеосаркомы обнаружили, что увеличилась экспрессия 268 генов в то время, как 370 генов были подавлены. Дальнейший анализ показал, что активность некоторых генов увеличилась в клетках мелкоклеточного рака легких. Это указывает на роль ZMYND11 как в подавлении, так и в активации транскрипции генов.

Следующим этапом исследования стало установление связи ZMYND11 с увеличением времени выживаемости пациентов с тройным негативным раком молочной железы. Как известно, активация гена происходит при взаимодействии транскрипционного фактора с областью промотора. Фермент под названием полимераза II двигается вдоль цепи ДНК, считывая ее и синтезируя нить РНК. Этот процесс и называется элонгацией. Полимераза заканчивает свою работу при достижении стоп-кодона на ДНК. Поскольку структурные исследования показали, что комплекс ZMYND11/Н3.3 локализуется не в области промотора, а на цепи ДНК, ученые предположили, что регуляция экспрессии гена происходит на этапе элонгации, а не при запуске транскрипции. Дальнейшие эксперименты продемонстрировали, что полимераза наиболее активна на тех генах, где ZMYND11 подавлен, особенно на генах, которые этот белок ингибирует. При анализе уровня ZMYND11 в опухолях тройного негативного рака молочной железы от 120 пациентов оказалось, что при высоком уровне белка вероятность выживаемости в течение 10 лет составила 80%, тогда как при низком — только 50%.

Исследователи заинтересованы в дальнейшем детальном изучении механизмов, посредством которых ZMYND11 контролирует процесс элонгации. Поскольку, хотя и ясно, что белок контролирует соотношение полимеразы II и РНК, непонятно, как он это осуществляет при отсутствии взаимодействия с самой полимеразой II. На следующем этапе ученые планируют создать нокаутных мышей для исследований in vivo. А в конечном итоге довести свою работу до клинических испытаний.