加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的研究人员已经发现了一个分子途径，此途径可能解释一个特别致命的癌症形式如何发生。这一发现可能导致形成新癌症疗法，这种疗法改变细胞而不是杀死细胞。研究结果发表在最近的杂志Journal of Biological Chemistry上。
UCSB的研究小组描述了DNA中的某一突变如何破坏急性髓细胞白血病(AML)患者的细胞功能。研究人员迅速研究这个由另一个研究小组发现的过程，即AML患者在某一酶上存在突变，它在New England Journal of Medicine已有报道。这个酶是一个称为DNMT3A的蛋白质，它在AML患者DNA如何被甲基化或标记中导致变化。UCSB的化学与生物化学系教授Norbert Reich，已经与他的研究团队一起研究此特定酶，因此他们开始在细胞水平研究AML的疾病过程。
Reich解释说，标记是细胞水平阅读DNA的一种方式。这属于一个称为表观遗传学的研究领域，它是一个出现在遗传学"顶部"的过程。每个人有大约200种具相同DNA的细胞，而这些必须以不同方式被控制。"有一种酶--一个蛋白质--标签DNA和控制你细胞中哪一个基因。你的DNA被打开和被关闭"， Reich说，"所以，你有20000个基因，而你必须在你的大脑中不同地控制他们，除了你的肝脏以外。"
Reich解释说，目前的兴趣存在于作为癌症治疗方向的表观遗传学的广阔领域。"有一个明确的观点，即这可能是开发治疗方法的一条新道路，因为你没有必要杀死癌细胞"，Reich说，"几乎每一种出现在那里的癌症治疗方法都是循癌细胞必须要被杀死的原则而起作用的。"
用表观遗传学，而不只是有编码某一基因的DNA序列，这里有一个表观遗传过程，在遗传过程顶部具有另一层次的信息。在这种情况下，那种信息是由甲基团所标记的。
"如果你真的回想一下它，这是答案的一部分，关于您的细胞如何可以如此不同，但他们都有相同的DNA"， Reich说，"你的每一个细胞有相同的基因组，但你没有相同的表观遗传，这是基本的甲基化模式，标记模式。这就是你每一种细胞的不同所在。又回到癌症，在那些白血病患者中，标记是混乱的。模式是不正确的。我们的大贡献是，我们已经解释此酶的突变能如何导致标记模式的瓦解。"
UCSB研究小组开发了一项测试，此测试表明白血病中的突变体酶只能短距离作用于DNA。作为一个结果，健康细胞精确的甲基化模式被扰乱，导致基因在错误的地点和时间被打开，这反过来会引发癌细胞生长。
该研究小组发现，AML患者的突变已经造成四个蛋白质的某一复合物被破坏。"令人惊讶的是，此破坏没有停止酶被激活；它没有停止酶标记DNA"， Reich说，"相反，它停止了它能这样做的方法。而不是去你的DNA那里和标记染色体的整个区域，它去那里，做了一件事，然后离开。这样的过程，这样的改变，是我们在白血病患者中所看到的。所以，我们认为我们有这种疾病的一个分子解释。"
Reich说，目前的处方药物Vidaza通过影响AML中突变的相同酶来发挥作用。这对于医药行业开发靶向负责标记DNA的酶的其他疗法很有兴趣。这些表观遗传抑制剂将重编细胞，而不是杀死细胞。
传统的癌症疗法使用放疗和化疗来消除或杀死癌细胞。"问题是，癌细胞与正常细胞的区别往往非常微小"， Reich说，"所以，你有一个已知的最困难的治疗挑战，就是区分两种人类细胞--一个是癌症细胞，一个不是。而不是杀死细胞，这概念就是如果你能重编程细胞，它随后又回到正常。你拦截癌症的发展。这仍然是一个愿望；它没有真正实现，但这就是吸引人们到基于表观遗传学治疗领域的东西，因为不必杀死细胞的前景。"
Celeste Holz-Schietinger 和Douglas Matje，都是在Reich实验室工作的研究生，他们是本文的第一、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.
