Dấu ấn sinh học dựa vào sự Methyl hóa DNA

CN. Vũ Bình Thư (Dịch)

Đơn vị Gen-Tế bào gốc, Trung tâm Y học hạt nhân và Ung bướu- Bệnh viện Bạch Mai

Trong số các dấu hiệu biểu sinh, sự phân bố bất thường của quá trình methyl hóa DNA được biết là đóng vai trò quan trọng trong bệnh ung thư, bằng cách thay đổi biểu hiện gen, nối và ổn định bộ gen và các quá trình khác. Sự methyl hóa DNA đề cập đến quá trình trong đó vòng cytosine được methyl hóa cộng hóa trị bởi tác động của DNA methyltransferase (DNMT), tạo ra 5-methylcytosine (5mC). Thông thường, 5mC xuất hiện trongcác dinucleotide CpG. Sự phân bố của các dinucleotide CpG trong bộ gen người là không ngẫu nhiên.1 Các khu vực giàu CpG, được gọi là các đảo CpG, có chức năng điều hòa gen quan trọng và có thể bị methyl hóa một cách bất thường trong các tế bào khối u. Tuy nhiên, quá trình methyl hóa cytosine cũng đóng vai trò quan trọng không kém ngoài các đảo CpG. Sự methyl hóa các vùng giàu CpG có thể dẫn đến sự im lặng của các gen bằng cách thu hút các protein liên kết methyl-CpG cùng các phức hợp ức chế phiên mã để ngăn chặn sự biểu hiện của gen.2 5mC cũng có thể ngăn chặn sự liên kết của một số yếu tố phiên mã với các vị trí liên kết trên DNA của chúng.

Sự bất định của 5mC trong ung thư có nguồn gốc phức tạp và được gây ra bởi tác động trực tiếp hoặc gián tiếp của chất sinh ung thư hoặc như một phần của sự thích ứng của tế bào khối u với phản ứng căng thẳng, các yếu tố môi trường và tiếp xúc với các tác nhân điều trị, giữa các tế bào khác.3 Sự phân bố lại của 5mC trong quá trình phát triển của khối u gây ung thư tế bào nhằm điều chỉnh kiểu hình của chúng và giúp chúng thích nghi với các môi trường vi mô khác nhau hoặc trở nên kháng với các tác nhân điều trị (Hình 1). Việc tăng cường methyl hóa cytosine liên quan đến ung thư tại vùng promoters và enhancers có thể khiến các gen bị ảnh hưởng trở nên im lặng một cách bất thường. Hiện tượng này có thể gây ra hiệu ứng ức chế khối u khi nó ức chế các gen như CDKN2A, RB, MLH1, v.v., những điều này thường liên quan đến bệnh tiến triển và tiên lượng xấu.4-6Sự methyl hóa cytosine bất thường cũng có thể làm im lặng các gen liên quan đến nhận dạng miễn dịch hoặc điều chỉnh phản ứng với hóa trị và theo cách này làm gián đoạn giám sát miễn dịch hoặc gây ra kháng hóa trị.7-9. Bởi vì các dấu hiệu biểu sinh như 5mC có thể đảo ngược, ta có thể xóa quá trình methyl hóa DNA không ổn định bằng chất ức chế DNA methyltransferase (DNMTi), do đó khôi phục các chức năng của bộ gen. Tác dụng cuối cùng của các loại thuốc này, thay vì gây độc tế bào, là lập trình lại biểu hiện của các tế bào khối u để chúng có thể trải qua quá trình biệt hóa giai đoạn cuối, gây ra nhạy cảm hóa chất, làm mất các đặc tính tự đổi mới hoặc trở nên hữu hình đối với hệ thống miễn dịch. DNMTi cũng có thể gợi ra các phản ứng chống khối u bằng cách cảm ứng các trình tự nội sinh của retrovirus và hệ quả là thụ thể giống Toll ra tín hiệu, kích thích các con đường đáp ứng interferon.10

Với các hiệu ứng đa dạng và tương đối dễ đo lường, bộ gen 5mC có tiềm năng lớn được sử dụng như một dấu ấn sinh học. Điều này ngày càng khả thi vì những tiến bộ công nghệ trong các phương pháp phân lập ADN và phát hiện các đoạn ADN cụ thể đã được biến đổi 5mC với lượng nguyên liệu ban đầu ngày càng nhỏ. Các nghiên cứu lâm sàng về dấu ấn sinh học 5mC đã được chứng minh một cách thuyết phục để dự đoán kết quả lâm sàng nói chung, dự đoán phản ứng cụ thể với DNMTis, đóng vai trò là dấu ấn sinh học để giải thích các hoạt động của DNMTi trên lâm sàng, phân loại ung thư thành các phân nhóm bệnh khác biệt về mặt sinh học và lâm sàng, hướng dẫn lựa chọn các tác nhân hóa trị , và vân vân. Ví dụ, sự tăng methyl hóa của gen ức chế khối u CDKN2A đã được chứng minh là có ý nghĩa tiên lượng trong các loại khối u khác nhau. 11-14 Ở bệnh nhân mới được chẩn đoán mắc bệnh bạch cầu dòng tủy cấp tính (AML), dấu ấn sinh học methyl hóa 16 gen được phát hiện thông qua nền tảng microarray chụp Các vùng bị methyl hóa khác biệt (DMR) được chứng minh là có thể dự đoán kết quả độc lập với các biến số lâm sàng khác trong phân tích đa biến.15Công nghệ 5mC có thể áp dụng lâm sàng được xây dựng xung quanh phương pháp này đã cải tiến thêm bảng dấu ấn sinh học và xác nhận sức mạnh của nó trong các nhóm bệnh nhân AML độc lập khác nhau.16 Phương pháp tiếp cận với giải trình tự methyl hóa DNA phân giải cặp bazơ đã tạo ra một panel các DMR có thể dự đoán đáp ứng của bệnh nhân mắc bệnh bạch cầu mãn dòng đơn cầu tủy với DNMTi decitabine.17Một số DMR này đã giải thích ít nhất một phần cơ sở sinh học cho lý do tại sao một số bệnh nhân nhất định đáp ứng với phương pháp điều trị này.17Sự tăng methyl hóa và sự im lặng của gen SMAD1 đã được chứng minh để dự đoán tình trạng kháng hóa trị liệu ở những bệnh nhân bị U lympho tế bào B lớn lan tỏa có nguy cơ cao (DLBCL).7 Trong các thử nghiệm chức năng, sự im lặng của gen SMAD1 đã được chứng minh là góp phần vào việc kháng hóa trị liệu, điều này đã bị đảo ngược khi sử dụng DNMTis in vitro và ở những bệnh nhân có DLBCL nguy cơ cao mới được chẩn đoán tham gia thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I về mồi 5′azacytidine trước rituximab cùng với cyclophosphamide, doxorubicin, vincristine và prednisone trong liệu pháp hóa trị miễn dịch.7Sự methyl hóa quá mức của gen O6-methylguanine-DNA-methyltransferase (MGMT), một enzyme sửa chữa DNA chịu trách nhiệm loại bỏ các sản phẩm phụ là DNA bị alkyl hóa, là một dấu hiệu dự đoán đáp ứng với các tác nhân alkyl hóa. 18-22

Hình 1. Mô hình vềquá trình methyl hóa DNA như dấu ấn sinh học trong bệnh ung thư.

CpG, 5'-cytosine-phosphate-guanin-3 '; DNMT, DNA methyltransferase

Sức mạnh của các dấu ấn sinh học 5mC được minh họa tuyệt vời trong hai báo cáo trên Journal of Clinical Oncology (Hình 1). Qiu và cộng sự23 đã sử dụng phương pháp microarray phát hiện sự methyl hóa CpG trên 576 bệnh nhân bị ung thư biểu mô tế bào gan giai đoạn đầu và theo dõi lâm sàng kéo dài, được ghi chép đầy đủ. Họ đã xác định được ba CpG đặc biệt có thể phân tách bệnh nhân thành những người có nguy cơ tái phát cao hoặc thấp. Bộ phân loại có giá trị tiềm năng này có thể giúp lựa chọn những bệnh nhân sẽ được hưởng lợi từ liệu pháp điều trị thêm sau khi cắt bỏ khối u nguyên phát. Nghiên cứu quan trọng này được thực hiện ở Trung Quốc, và sẽ được quan tâm nếu nhân rộng nghiên cứu với các bệnh nhân từ các vị trí địa lý khác để xác định xem liệu các dấu ấn sinh học biểu sinh như thế này có liên quan đến nền tảng di truyền hay không. Visvanathan và cộng sự24 đã sử dụng một phương pháp mới để phát hiện 5mC trong huyết thanh trong một nghiên cứu về dấu ấn sinh học đa trung tâm tiềm năng ở ung thư vú di căn. Sử dụng panel sáu gen dựa trên các nghiên cứu trước đây, họ đã tạo ra chỉ số methyl hóa tích lũy có liên quan đáng kể đến kết quả sống sót ở bệnh nhân ung thư vú di căn. Như đã báo cáo trước đây về sự methyl hóa SEPT9 trong huyết tương của bệnh nhân ung thư đại trực tràng,25,26MGMT trong huyết tương của bệnh nhân u nguyên bào thần kinh đệm và ung thư đại trực tràng,27 và gần đây ở bệnh nhân DLBCL,28nghiên cứu này xác nhận quan điểm rằng dấu ấn sinh học methyl hóa cytosine không yêu cầu mô khối u để phát hiện chúng và có thể có nhiều lợi ích lâm sàng trong việc phân loại nguy cơ, lựa chọn phương pháp điều trị tiềm năng và theo dõi bệnh.

Nói chung, các dấu ấn sinh học 5mC là rất có tiềm năng và ngày càng thiết thực hơn trong áp dụng vào môi trường lâm sàng. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi liên quan đến sự giao nhau của các dấu ấn sinh học này với nền tảng đột biến gen và soma và liệu chúng có phụ thuộc hoặc độc lập với các liệu pháp cụ thể hay không. Hơn nữa, gần đây người ta đã xác định được rằng tính không đồng nhất trong methyl hóa cytosine là một đặc tính quan trọng của khối u có liên quan đến kết quả trên lâm sàng độc lập với đột biến soma.29-32Việc ứng dụng những phát hiện mới như vậy đòi hỏi sự đổi mới liên tục trong công nghệ và phân tích tin sinh học.

Bài dịch từ: https://ascopubs.org/doi/full/10.1200/JCO.2016.71.0616

© 2017 bởi Hiệp hội Ung thư Lâm sàng Hoa Kỳ(American Society of Clinical Oncology)

 TÀI LIỆU THAM KHẢO

 Nguồn: ungthubachmai.com.vn