Transpozoni in rak

Uvod

Transpozoni (TE) so mobilna DNA zaporedja v genomu. Aktivni TE se lahko premikajo po genomu in izražajo, kar celici povzroča dodatni stres. Če je še veliko ostalih negativnih dejavnikov, skupaj pripomorejo k nenormalnem celičnem delovanju. Zato je veliko TE epigenetsko utišanih, ob mutacijah pa se ta utišanja razveljavijo, kar lahko kot skupek vseh dejavnikov vodi do tvorbe rakavih celic in posledično do rakavih obolenj.

Epigenetske modifikacije na transpozonih

Transpozicijski elementi (TE) so lahko v genomu epigenetsko spremenjeni, kar povzroči bodisi njihovo utišanje ali izražanje. Stalna mobilizacija TE bi hitro povzročila gensko nestabilnost, zato so nekateri utišani. Pri obolenju zdravih celic v rakave se lahko ta epigenetska utišanja razveljavijo in posledično se TE aktivirajo. V nekaterih primerih pa lahko pride tudi do utišanja TE kot posledica epigenetskih sprememb. V obeh primerih to lahko vodi do tvorbe rakastih celic. Epigenetske modifikacije, ki jih poznamo so DNA metilacije, histonske modifikacij in od nekodirajočih RNA odvisno izražanje genov. Metilacije DNA so pogoste na CpG otočkih (regije na DNA, ki so v smeri 5' konec proti 3' konec, bogate s cisteini in gvanini). Metilacije histona so lahko supresirajoča (trimetilacija lizinov 9 in 27 na H3, ki jih pogosto najdemo na nukleosomih, kjer so TE starejših ERV pa na LTR z H3K9me2 in H3M9me3) ali aktivirajoča (acetilacije), odvisno je od lokacije in stopnje, do katere je določen histon metiliran. Poleg tega poznamo še fosforilacijo in ubikvitinacijo histona.

Ko je retrotranspozicija LINE-1 (dolgi razpršeni nukleotidni element 1) izven nadzora, pride do obolenj, najbolj pa jo povezujemo s tvorbo raka, ko govorimo o hipometilaciji LINE-1, saj njegova aktivacija vodi do vrsto procesov, ki prispevajo k tvorbi rakavih celic. Pri rakavih celicah opazimo, da na mestih, kjer je prvotno prišlo do metilacije (pretežno je to na CpG otočkih) oziroma utišanja, izgubimo vse te metilacije in jih pridobimo na promotorski regiji genov za kodiranje tumor supresorske proteine. Protein 53 (p53) je eden izmed tumor supresorskih proteinov, katerega mutacije so večkrat opažene v rakastih človeških celicah. Mutiran lahko reaktivira LINE-1.

DNA metilacije so pogostejše pri mlajših TE, še posebej na ERV (endogen retrovirus, spadajo v TE razreda I), saj so bogatejše s CpG otočki kot starejše. Ob metilaciji citozina lahko pride do spontane deaminacije, kar vodi do pretvorbe citozina v timin. Dlje kot je ERV vključen v genom, več takih mutacij dobimo in posledično je tudi manj CpG otočkov na ERV. Ob tem pa ne more priti do metilacij in določen TE, ki je bil nekoč epigenetsko utišan, se lahko aktivira. To privede tudi do ekspanzije genoma.

Pri sesalcih opazimo tudi epigenetsko utišanje, ki ga vodi molekula RNA. Poznamo siRNA (mala interferenčna RNA) in miRNA (mikro RNA), obe zavirata retrotranspozicijo LINE-1 in sodelujeta pri uravnavanju normalnega delovanja celičnih procesov. Omembe vredna je tudi piRNA (PIWI-interakcijska RNA), ki je enoverižna, ta vodi proteine PIWI (proteini izraženi predvsem v zarodni liniji, potrebni so za spermatogenezo, v povezavi s piRNA cepijo TE) do mest v genomu, ki jih je treba utišat. Tudi ta zatira retrotranspozicijo LINE-1 v moških spolnih celicah miši in v induciranih pluripotentnih matičnih celicah ljudi.

Stres iz okolja in tudi življenjski stil vplivata na epigenetske spremembe na TE. Že zmerni oksidativni stres in toplotni šok zvišata pogostost transpozicije. Ob kroničnem zvišanju kortizola pa vodi do zmanjšanja demetilacij DNA, to pa povzroči aktivacijo retrotranspozonov. Zdrav življenjski stil je pozitivno vpliva na metilacijo LINE-1, kajenje pa ravno obratno povzroči izražanje metiltransferaz. Kot zanimivost lahko še dodamo, da se je v raziskavah in vitro izkazalo, da polifenoli, kot so epigalokatehin galat, ki je prisoten v zelenem čaju in genistein v soji, inhibirajo delovanje DNA metiltransferaz in tako vplivajo na celične linije raka debelega črevesja, požiralnika, dojk in prostate. Če imamo veliko poškodb na DNA, se nivo SIRT6 (deacetilaza, ki sodeluje pri zatiranju LINE-1 med staranjem) 'izčrpa', posledično se aktivirajo retrotranspozoni. Izražanje LINE-1 in njegovo mobilizacijo nadzoruje melatonin, katerega izražanje se s staranjem slabša, to pa povzroči njegovo aktivacijo. Kljub vsemu se moramo zavedati, da se različna tkiva različno odzovejo na stres, recimo pri akutnem psihološkem stresu se je v malih možganih aktivnost retotranspozona povečala, v hipokampusu pa je prišlo do trimetilacije, ki je zavirala njegovo aktivnost.