Mutations in epigenetic modifier genes and their role in acute myeloid leukemia

(1)

Praca poglądowa/Review

Znaczenie mutacji genów modulujących zmiany epigenetyczne w ostrej bia łaczce szpikowej

Mutations in epigenetic modi ﬁer genes and their role in acute myeloid leukemia

Małgorzata Zając *, Krzysztof Giannopoulos

SamodzielnaPracowniaHematoonkologiiDoświadczalnejUniwersytetMedycznywLublinie,Kierownik:prof.drhab.

KrzysztofGiannopoulos,Lublin,Polska

informacje o artykule

Historiaartykułu:

Otrzymano:20.05.2013 Zaakceptowano:18.11.2013 Dostępneonline:26.11.2013

Słowakluczowe:

ostrabiałaczkaszpikowa

epigenetyka

mutacjeTET2

mutacjeIDH1/2

mutacjeEZH2

mutacjeDNMT3A

mutacjeASXL1

Keywords:

Epigenetic

AML

TET2mutations

IDH1/2mutations

EZH2mutations

DNMT3Amutations

ASXL1mutations

abstract

Theepigeneticregulationisacomplexprocess thataffectsthegeneexpression.Recent studies revealedabberantDNAmethylation patterns inacute myeloid leukemia(AML) patientssuggestingthesigniﬁcantroleofthesealterationsinleukemogenesis.Additio- nally, the next generation sequencing(NGS) technology uncover mutations ofIDH1/2, TET2, DNMT3Aand EZH2genesinvolved in DNAmethylation processes or posttrans- lationalhistonemodiﬁcations.Although,thefunctionalapplicationandprecisemecha- nism in which the mutations contribute to impaired haematopoesis remain elusive, emergingevidences indicatethecomplexityofepigenetic deregulationprocesseswhich cooperatewithAMLrecurrentmutationsleadingtomalignanttransformation.

*Adresdokorespondencji:SamodzielnaPracowniaHematoonkologiiDoświadczalnej,ul.Chodźki4a,20-093Lublin,Polska.

Tel.:+48817564812;fax:+48817564813.

Adresemail:malgosia.zajac07@gmail.com(M.Zając).

ContentslistsavailableatScienceDirect

Acta Haematologica Polonica

journal homepage:www.elsevier.com/locate/achaem

http://dx.doi.org/10.1016/j.achaem.2013.11.001

(2)

Wprowadzenie

Termin ,,epigenetyka’’ odnosi się do dziedzicznej regulacji ekspresjigenów,któraniejestzależnaodzmianwsekwencji DNA.ZmianyepigenetyczneobejmującemetylacjęDNAlub modyﬁkacjęhistonówgrająkluczowąrolęwwarunkowaniu strukturychromatynyorazregulowaniuprawidłowejekspre- sjigenów.Utratakontrolinadtymiprocesamimożeprowa- dzić do powstania nieprawidłowej struktury chromatyny ideregulacjiaktywnościtranskrypcyjnej[1].

W ciągu ostatnich lat opisano nieprawidłowy profil metylacji DNA u pacjentów z ostrą białaczką szpikową (AML) [2–6], wykazując tym samym jego istotną rolę wpatogenezietejchoroby[2,3,5–8].Zmianytecharaktery- zowały się obniżoną zawartością 5-metylocytozyny (5-mc) z jednoczesną hipermetylacją regionów promotorowych, wszczególnościwyspCpG.PodczasgdyhipometylacjaDNA możeskutkowaćniestabilnościągenomu,zwiększającliczbę aberracji genetycznych, hipermetylacja miejsc promotoro- wychzwiązanajestznieprawidłowymwyciszaniem genów supresorów nowotworowych. Używając technologii HELP (HpaII tiny fragment Enrichment by Ligation-mediated PCR) opartej na analizie mikromacierzy określających stopnień metylacjiregionów promotorowych,Figueroaiwsp.[4]wy- różnili16grupwśródpacjentówAMLcharakteryzującychsię swoistymprofilem metylacji DNA. Co ciekawe, 11 spośród wyodrębnionych grup korelowało z obecnością specyficz- nychzmiancytogenetycznychlubmolekularnych.

Biorąc poduwagęwspółwystępowanie nieprawidłowości genetycznych i epigenetycznych, bardziej prawdopodobna wydaje się hipoteza, że deregulacja na poziomie epigene- tycznymwspółdziałazezmianamigenetycznymiwrozwoju iprogresjinowotworów[1].Głębszepoznaniemechanizmów epigenetycznej kontroli ekspresji genów może stać się szczególnie wartościowe, biorąc pod uwagę możliwość ich modyﬁkacji.

Na przełomie kilku ostatnich lat technologia ,,głębo- kiego sekwecjonowania’’ NGS (next generation sequencing) pozwoliłana zidentyfikowanie wielu mutacji genów AML, dostarczająctymsamymwgląd wmechanizmleukemoge- nezy i ujawniając ogromną heterogenność molekularną, szczególnie grupy z prawidłowym kariotypem (CN-AML) [9, 10]. Wyjątkowo interesujący wydaje się fakt, że część mutacji dotyka genów bezpośrednio zaangażowanych lub mogących mieć znaczenie w epigenetycznej regulacji transkrypcji. W przeciągu ostatnich kilku lat mutacje w genach TET2, IDH1, IDH2, DNMT3A oraz EZH2 zostały określone u chorych na przewlekłe mieloproliferacje (MPN), zespoły mielodysplastyczne (MDS) i AML. Chociaż funkcjonalne znaczenie tych mutacji w nieprawidłowej hematopoezie i nowotworzeniu nie jest całkowicie wyjaś- nione, wydają się one mieć wartość rokowniczą i mogą służyć jako czynniki stratyfikacji pacjentów. Ponadto mutacje niektórych genów zaangażowanych w regulację epigenetyczną mogą swoiście wpływać na metylację DNA i/lub na potranslacyjną modyfikację histonów w sposób możliwydowykorzystaniawterapii.

Mutacje IDH1 i IDH2

GenyIDH1iIDH2(isocitratedehydrogenase1/2)kodująenzymy cytozolowe: dehydrogenazy izocytrynianu 1 i 2 zaangażo- wane w reakcje cyklu Krebsa. Uczestniczą one w wielu procesach metabolizmu komórkowego, takich jak synteza lipidów oraz obrona przed stresem oksydacyjnym [11]. Są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania komórek, po- nieważbiorąudziałwprocesachproliferacjiiwzrostu.

FunkcjąenzymuIDH1jestdekarboksylacjaizocytrynianu doa-ketoglutaranu(a-KG),prowadzącadoprodukcjiNAD-P.

GenIDH2kodujehomologicznyenzym,katalizującytęsamą reakcję w mitochondriach. Mutacje genów IDH1/2 są częs- tyminieprawidłowościamiwystępującymiwglejakachonis- kim stopniu złośliwości. Opisano je również w niewielkiej grupie chorychzglioblastomao wysokimstopniuzłośliwo- ści, gdzie wydają się korzystnie wpływać na rokowanie pacjentów[12–14].

Wykorzystując technikę sekwencjonowania całego genomu w ostatnichlatach, określono występowaniemutacji genówIDH1/2wnowotworachhematologicznych,takichjak MDS,MPNczyAML[15,16].

MutacjegenuIDH1dotycząresztyargininywpozycji132 (R132),rzadziejznajdowane sąw reszcieargininyw pozycji 172(R172).Występująu6-8%pacjentówAML[17–19]iu10– 12% pacjentów CN-AML [18, 20]. Interesujące jest to, że mutacje IDH1 R132 są związane z mutacjami NPM1 wśród chorych CN-AML, gdzie były zidentyﬁkowane na poziomie 14%[17–19,21],cowskazywałonawspółdziałanieobuzmian wrozwojuchoroby.

Wszystkie mutacje IDH1/2 są heterozygotyczne i pro- wadządozmianyinformacjigenetycznej,cosugerujemożli- wość nabywania nowych funkcji przez zmienione białko [22].

Zmutowana forma enzymu IDH katalizuje redukcję a-ketoglutaranu do 2-hydroksyglutaranu (2-HG). 2-HG jest metabolitem ﬁzjologicznie występującym w komórkach na bardzo niskim poziomie. Niektórzy badacze twierdzą, że akumulacja związku 2-HG odgrywa ważną rolę w procesie nabywanianowychfunkcjiprzezzmutowanyenzymiprzy- czynia się dorozwojunowotworu [11, 22, 23]. Grossiwsp.

[22]wykazali,żemutacjeIDH1R132prowadządoprodukcji i akumulacji 2-HG w blastach AML, przez co poziom tego związku jest ponad 50-krotnie wyższy w porównaniu z prawidłowymi komórkami. Podwyższony poziom 2-HG wykryto również w surowicy pacjentów AML noszących zmiany w genach IDH1/2 [22]. Ponadto u pacjentów z rzadką, dziedziczną chorobą – kwasicą 2-hydroksygluta- rową zaobserwowano podwyższony poziom 2-HG wraz ze zwiększoną skłonnością do występowania nowotworów mózgu [24]. Dodatkowo 2-HG wykazuje homologiczną budowę do a-KG, dzięki czemu może wiązać się i od- działywać z enzymami aktywowanymi przez a-KG. Wśród nich znajduje się hydroksylaza prolinowa regulująca czyn- nik transkrypcyjny HIF-1 a, zaangażowany w patogenezę wielu nowotworów [11, 22]. Innymi białkami hamowanymi przez zmieniony poziom a-KG są demetylazy histonów

(3)

JHDM (the Jumonij family of histone demethylases), które w przypadku mutacji IDH1/2 nie spełniają prawidłowo swoichfunkcji,coprowadzidohipermetylacjireszthistono- wych[25].

BadanianadnieprawidłowościamigenówIDH1/2wgleja- kachsugerują, żesątozmianywystępującewewczesnych stadiach procesu patogenezy [26]. Wciąż jednak nie jest znany dokładny mechanizm wyjaśniający, w jaki sposób uczestnicząonewprocesieleukemogenezy.

Ostatnio mutacjeIDH1/2 zostały powiązane z nieprawi- dłowym proﬁlem hipermetylacji u chorych na AML [27].

Obszerne badania wykazały, że są one związane ze swoistym, nieprawidłowym proﬁlem metylacji różnych miejsc promotorowych genów zaangażowanych w różnicowanie liniimieloidalnych[27].Potencjalny mechanizmhipermety- lacji ileukemogenzy utychpacjentówmoże byćzwiązany z regulacjąpoziomu a-KG. Cowięcej, a-KGjest kluczowym związkiem regulującym działanie białek z rodziny TET, będącychważnymiregulatoramiprocesówróżnicowaniako- mórekmieloidalnychorazpobudzającychdemetylację[28].

Mutacje IDH2 występują u 9–11% wszystkich pacjentów AML,zprzewagąwgrupieCN-AML[17,29].Zwykledotyczą one kodonu w pozycji 140 i współwystępują z mutacjami NPM1 [30], podczas gdy mutacje reszty 172 zachodzą bez współtowarzyszącychnieprawidłowościmolekularnych [31].

Cociekawe, w przeciwieństwie domutacjiIDH2R140,IDH2 R172wydająsiębyćswoistedlaAML.Znaczenierokownicze mutacjiIDH2 wydajesiębyć zależne odkodonów objętych zmianą.Coraz więcej dowodówwskazuje,że mutacjeIDH2 R172występująceuchorych naAML reprezentują wyraźną jednostkę chorobową. Charakteryzują się one brakiem współwystępowania z innymi nawracającymi mutacjami, opornością na terapię indukującą, swoistym proﬁlem eks- presjigenów(nadekspresjagenówAPP,ID1,CXCL12,ABCB1), swoistymproﬁlemmi-RNAorazkrótszymczasemprzeżycia.

Dodatkowo częściejidentyﬁkowane są uchorych>60.roku życia[29].

Mutacje TET2

Doniesieniaostatnichkilkulatopisałybiałkazrodziny TET (TET1-3)jakoenzymykatalizującereakcjęoksydacji5-metylocytozyny do 5-hydroksymetylocytozyny (5-hmc) w cząs- teczkachDNAkomórekssaków[28,32].Odkrycietoukazało nowe możliwości regulacji epigenetycznej, gdzie 5-hmc mogłobypełnićfunkcjęnowegoregulatoratranskrypcji.

Chociaż biologiczne znaczenie procesu oksydacji 5-mc przebiegającegozapośrednictwembiałekzrodzinyTETjest w dużej mierze nieokreślone, wysoki poziom 5-hmc w genomowym DNA sugeruje ich ważną rolęw procesach regulacjigenówzależnychod5-mc.

5-hmcjestcząsteczkąhamującąaktywnąmetylacjęDNA [33]. Przez blokowanie wiązania białek MDB (methyl-DNA bindingproteins) dozmetylowanego DNA wzmaga hamowa- nie metylacji i zapobiega wyciszaniu transkrypcji [33].

Dodatkowo,oksydacja5-mcmożeprzyczyniaćsiędozmian poziomutejzasady przezpośredniczeniewprocesachbier- nejiaktywnejdemetylacji.Zasada5-hmcniejestrozpozna- wanaprzezmetylazęDNA(DNMT1)wczasiereplikacji[34],

w związkuz czymkonwersja 5-mcdo5-hmc uniemożliwia utrzymanie istniejącego poziomu metylacji i prowadzi do biernejdemetylacjiwproliferującychkomórkach.Cowięcej, 5-hmc może regulowaćstrukturęchromatyny przezbezpo- średnierekrutowanieswoistychbiałekwiążącychDNA[35].

Badanianadkomórkamiembrionalnymiwykazałyzwięk- szonypoziom5-hmcwdinukleotydachCpGprzymiejscach rozpoczęciatranskrypcjiorazregionachwewnątrzgenowych, wykazując,żezwiększonypoziom5-hmcwregionachregu- latorowych jest związany ze zwiększoną ekspresją genów [36].Badaniaujawniającerolę5-hmcwprocesiedemetylacji DNA potwierdzają niezbędną funkcję hydroksylazy TET wtychprocesach[37].

Delhommeau iwsp.[38]porazpierwszyopisalimutacje TET2 (theten eleventranslocationgene 2)upacjentówz MDS, MPNiAMLzczęstościąwystępowaniaodpowiednio10–20%

dla MDS iMPN oraz 7–23% dla AML [38, 39]. Wbadaniach nad MDSi przewlekłąbiałaczką mielomonocytową (CMML) mutacjeTET2zostałyzidentyﬁkowanewkomórkachCD34+, cosugerujeichudziałwewolucjiklonalnej[40].Cociekawe, większość mutacji jest heterozygotyczna i wskazuje na niewystarczające działanie supresorowe pozostałego nie- zmienionegoallelugenuTET2[38].

Do tej porybadania nadmutacjami TET2 w odniesieniu do całkowitego poziomu metylacji i poziomu 5-hmc u pa- cjentów AML są nieco sprzeczne. Późniejsze doniesienia ujawniły, że nieprawidłowości genu TET2 prowadzą do zmianyihamowania aktywnościkatalitycznejtegoenzymu [41]. Te same badania wykazały obniżony poziom 5-hmc w DNAszpikukostnegoupacjentównoszącychtęmutację.

Wdodatku,wyłączeniefunkcjigenuTET2wmodelumysim prowadziło do hamowania różnicowania prekursorów he- matopoezywhodowlachkomórkowych[41].

W przeciągu ostatnich lat zauważono, że mutacjeTET2 bardzorzadkowspółwystępujązmutacjamiIDH1iIDH2[42].

Jak wspomniano wcześniej, prawdopodobny mechanizm warunkujący nieprawidłową metylację i leukemogenezę u pacjentów AML z nieprawidłowościami genów IDH1/2 może być związany z obniżonym poziomem a-KG, od któ- rego uzależniona jest aktywność enzymu TET2 [8]. Inni badaczedonoszą,żemetabolit2-HG,znaczniepodwyższony upacjentówzmutacjąIDH1/2,możebezpośredniohamować funkcjęTET2[25].Zatemobiezmianymogąprzyczyniaćsię donowotworzenianadrodzewspółdziałania,hamującfunk- cjębiałkaTET2.

Chociaż wyniki badań dotyczące znaczenia klinicznego mutacji nie są jednoznaczne, przyjmuje się, że są one związane z gorszym rokowaniem w grupie pacjentów CN- -AML [20] podczas gdy nie udowodniono ich wpływu na rokowaniedlapacjentówzMDSiMPN[42].

Mutacje EZH2

GrupabiałekPolycomb(PcG)jestzaliczanadobiałekhamu- jącychtranskrypcję,kluczowychdlaprocesówregulacjiróż- nicowania komórkowego i utrzymywania jednorodności komórkowej. W grupie białek PcG można wyróżnić kom- pleksy PRC1 i PRC2 (polycomb repressive complex)oraz kom- pleksPcGzidentyﬁkowanyumuszekDrosophilamelanogaster.

(4)

Kompleksyteinicjująipodtrzymująwyciszanietranskrypcji poprzezswoistepotranslacyjnemodyfikacjehistonów.EZH2 wraz z białkami SUZ12i EEDtworzą kompleksPRC2, który katalizuje potrójną metylację histonu H3 reszty lizyny 27 (H3K27me3),co prowadzidokondensacjichromatynyiwy- ciszenia genów. EZH2 jest więc metylotransferazą swoi- stądlaH3K27.NadekspresjaEZH2jestmarkeremzaawanso- wanychstanówwielunowotworów, takichjakrakprostaty czy rak piersi [43]. Somatyczne, heterozygotyczne mutacje EZH2 (enhancer of zeste homologue 2), dotyczące reszty Y641 zostały niedawno zidentyfikowane u pacjentów z chło- niakiem rozlanym z dużych limfocytów B [44]. Chociaż biologiczne następstwa mutacjiEZH2 w przebiegu chłonia- ków nie są w pełni zrozumiałe, badania biochemiczne wykazały zwiększoną podwójną oraz potrójną metylację H3K27,pomimouszkodzonejmetylacjipojedynczychmiejsc H3K27[45].Dodatkowo,hamowanietranskrypcjiprzezkom- pleks PRC2 zostało ostatnio zidentyfikowane jako ważny procesuczestniczącywpatogenezieostrejbiałaczkipromie- locytowej[46].

Mutacje EZH2 zostały niedawno zidentyﬁkowane u pa- cjentówznowotworamiszpiku,najczęściejznajdowanebyły uchorych z MDS, CMMLi pierwotną mieloﬁbrozą, rzadziej występowały w innych przewlekłych czy ostrych białacz- kach[47,48].Badaniainvitrosugerują,żemutacjepowodują utratę funkcji białka, konieczne są jednak dodatkowe doświadczeniapotwierdzającetedane.

Z jednej strony badania Herrera-Merchan i wsp. [49]

wykazują, że ektopowa nadekspresja EZH2 skutkuje trans- formacjąmieloidalną,cowskazuje narolęEZH2jakobiałka

onkogennego. Podwyższoną ekspresję genu EZH2 potwier- dzonorównieżwinnychnowotworach[50].

ZdrugiejstronybadanianadPRC1czyPRC2pokazują,że kompleksyte mogąpełnić funkcjęsupresorów nowotworo- wychpoprzezwyciszaniemitogennychścieżekprzekazywa- niasygnałuzudziałembiałekJAK-STAT[51]iNotch[52].

Mutacje EZH2 sązwiązanez krótszymczasemprzeżycia u chorych pierwotną mieloﬁbrozą (PMF) czy z MDS. Co więcej, gen EZH2 umiejscowiony jest w ramieniu długim chromosomu 7 (7q), którego delecja jest uznanym czynni- kiemprognostycznymupacjentówMDSczyAML[53].

Mutacje DNMT3A

Metylotransferazy DNA są enzymami odpowiedzialnymi za dodawanie grupymetylowej doreszt cytozyny dinukleoty- dówCpGłańcuchaDNA.Enzymytekodowanesąprzeztrzy geny: DNMT1, DNMT3A i DNMT3B. Mutacje genu DNMT3A (DNA methyltransferase 3A) u chorych AML po raz pierwszy zostały opisane przez Ley'a i wsp. [54], stanowiły 20–22%

przypadkówdenovoAMLizwiązanebyłyzgorszymrokowa- niemikrótszymczasemprzeżycia[55].

Większość mutacji DNMT3A skutkuje powstaniem skró- conegobiałka(mutacjenonsensownelubzmieniająceramkę odczytu) lub dotyczy pojedynczego aminokwasu w pozycji R882. Mutacje R882 stanowią 60% nieprawidłowości genu DNMT3AipowodująobniżeniezdolnościwiązaniaDNAoraz spadek aktywnościkatalitycznej enzymu (Ryc. 1.) [56].Nie- które badania donoszą o ponad 50% spadku aktywności

Ryc.1–Mutacjegenówmodulującychzmianyepigenetyczne,ichwpływnaprocesymetylacjiidemetylacjiDNAoraz biologiczneznaczeniewprzebieguAML.ProcesymetylacjiidemetylacjiDNAbiorąudziałwregulacjiepigenetycznej.Rycina przedstawiabiałkazaangażowanewprocesymetylacjiidemetylacjiDNA,ulegającenajczęściejmutacjomuchorychna AML.a-KG–a-ketoglutaran,2-HG–2-hydroksyglutaran,DNMT3A–genkodującymetylotransferazęDNA,IDH1/2–geny kodującedehydrogenazyizocytrynianu1i2,TET2–genkodującydioksygenazęmetylocytozyny.

Fig.1Mutationinepigeneticmodifiergenes,theirroleinDNAmethylation/demethylationprocessesandbiologicalrelevanceinacute myeloidleukemia

(5)

metylacji DNA w przypadku mutacji DNMT3A R882 [56].

Wyniki te uzyskano, badając wyłącznie zmutowane białka, natomiast w komórkach pacjentów AML noszących tą mutację nie wykryto zmienionego poziomu 5-mc czy też zmienionego proﬁlu metylacji [54]. Fakt, że mutacje R882 pojawiają się wyłącznie jako zmiany heterozygotyczne, możesugerowaćudziałzmutowanegoalleluwtransformacji nowotworowej[54].

Mutacje DNMT3A są również znajdowane u pacjentów z MDS oraz rzadziej u chorych z MPN. Niewiele wiadomo o czasie ich pojawiania się w trakcie rozwoju choroby.

Niektóre badania wskazują, że mogą być one wczesnymi nieprawidłowościamiewolucjiklonalnej[57].

Interesującyjestfakt, żemutacjetemogąbyć związane z grupą AML o pośrednim rokowaniu i współwystępują zmutacjamiNPM1,FLT3-ITDiIDH1[54].

Mutacje ASXL1

GenASXL1(theadditionalsex combslike1)należydorodziny genów kodujących trzy słabo scharakteryzowane białka zaangażowane w regulację struktury chromatyny. Białko ASXL1 ma domenęPHD (plant homeodomain) zlokalizowaną

na końcukarboksylowym umożliwiającąwiązanie doume- tylowanejresztylizyny.WrazzbiałkiemBAP1składasięna kompleksPR-DUB(Polycomb-repressive deubiquitylasecomplex), powodujący deubikwitynację reszty lizyny 119 w histonie H2A (H2AK119) [58]. Najnowsze wyniki badań donoszą o możliwości odziaływania białka ASXL1 z białkami kom- pleksuPRC2,tj.białkamiEZH2czySUZ12,odpowiedzialnymi za potrójną metylację H3K27, a tym samym hamującymi transkrypcję[59].

Mutacje nonsensowne ASXL1 zostały zidentyﬁkowane w wielunowotworachmieloidalnych,najczęściejwystępują u pacjentówMDS,PMF czy MPN[60, 61]. Uchorychz MDS i AML są tozmiany związanez gorszymrokowaniem[62].

Co ciekawe, u pacjentówAML nieprawidłowości te wydają siębyć zależneodwieku (60.rokużycia)[62]iwystępują częściejupacjentówzwcześniejszymizaburzeniamihema- tologicznymi [63]. Oprócz PHD białko ASXL1 ma domeny przypuszczalnie odpowiedzialne za oddziaływanie z DNA, nie wykazano natomiast jego aktywności enzymatycznej [64].MutacjeASXL1 powodująutratęfunkcjibiałka,aprzez to utratę hamowania transkrypcji przezpotrójnąmetylację H3K27[59].Odwrotnie,utrataASXL1nieskutkujezmianami w ubikwitynacji H2AK119 w komórkach hematopoetycznych.NiedawnokompleksoweanalizygenuASXL1ujawniły

TabelaI–MutacjegenówzaangażowanychwregulacjęepigenetycznąwAML TableIMutationsinepigeneticmodifiergenesinAML

Gen Funkcja Częstośćmutacji

wAML(%)

Znaczenieklinicznemutacji

IDH1/2 GenIDH1kodujeenzymdehydrogenazę izocytrynianuzaangażowanąwreakcjecyklu Krebsa.IDH2kodujehomologicznyenzym, katalizującytąsamąreakcjęwmitochondriach.

Fizjologicznąfunkcjąenzymujestdekarboksylacja izocytrynianudoa-KG.Zmutowanaformaenzymu katalizujereakcjęredukcjia-KGdo2-HG,

blokującegofunkcjęenzymuTET2iprawdopodobnie funkcjeinnychenzymów.

15–33 Znaczeniekliniczneniejestjednoznaczne.

Większośćbadańwskazujenakorzystne rokowanieuchorychzmutacjąIDH2-R140oraz brakznaczeniaklinicznegowprzypadkumutacji IDH1-R132iIDH2-R172uchorychCN-AML.

TET2 NależydorodzinybiałekTET,katalizującychreakcję oksydacji5-mcdo5-hmcipośrednicząwprocesach demetylacji.MutacjeTET2prowadządozmiany ihamowaniaaktywnościkatalitycznejenzymu, awzwiązkuztymspadkiempoziomudemetylacji.

7–23 GorszerokowanieuchorychCN-AML, wykazującychkorzystnezmianymolekularne (mającychmutacjeCEBPAi/lubmutacjęNPM1bez współistniejącejFLT3-ITD).

DNMT3A EnzymDNMT3Aodpowiedzialnyjestzametylację DNAdenovo.60%mutacjiDNMT3Adotyczy pojedynczegoaminokwasuwpozycjiR882i powodujeobniżeniezdolnościwiązaniaDNAoraz spadekaktywnościenzymu.MutacjeDNMT3Asą równieżpowiązaneznadekspresjągenówHOXA.

20–22 Związanezgorszymrokowaniemiobniżonym czasemprzeżycia.

EZH2 WrazzbiałkamiSUZ1iEEDtworzykompleksPRC2, którykatalizujepotrójnąmetylacjęH3K27me3.

Badaniainvitrosugerują,żemutacjepowodują utratęfunkcjibiałka.

rzadkowystępujące Związanesązkrótszymczasemprzeżycia uchorychzPMFiMDS.

ASXL1 Należydorodzinygenówkodującychsłabo scharakteryzowanebiałkazaangażowane wregulacjęstrukturychromatyny.Najnowsze badaniadonosząomożliwościoddziaływaniabiałka ASXL1zbiałkamikompleksuPRC2,hamującymi transkrypcję.Mutacjepowodująutratęfunkcji białka,aprzeztoutratęhamowaniatranskrypcji.

5,2 Zmianyzwiązanezgorszymrokowaniem uchorychAMLiMDS.

PMF–primarymyeloﬁbrosis,MDS–myelodysplasticsyndrome

(6)

wzrostekspresjigenówHOXAprzyutracielubmutacjigenu ASXL1.Oprócztegozaobserwowanoznaczneobniżenieilości białkaEZH2wkompleksach PRCwprzypadkunieobecności białkaASXL1,comożebyćzwiązanezistotnąfunkcjąASXL1 w procesie stabilizacji tych kompleksów w komórkach hematopoetycznych[59].

Podsumowanie

Tradycyjne wyjaśnienia patogenezy białaczek opierały się na przyczynach natury genetycznej obejmujących takie zjawiska,jakmutacjepunktowe,delecjeirearanżacjechro- mosomowe.Wostatnichlatachzwróconojednakuwagę,że wielezjawiskzwiązanychz etiologiąbiałaczek jest powią- zanychzprocesamiregulacjiepigenetycznej[65].Odkrycie mutacji w genach zaangażowanych w regulację epigene- tyczną ujawniło nowe mechanizmy przyczyniające się do transformacji nowotworowej. Mutacje w genach odpowie- dzialnych za regulację metylacji DNA (TET2, IDH1/2, DNMT3A) i modyﬁkację histonów (EZH2, ASXL1) zostały zidentyﬁkowanewgrupiepacjentówznowotworamihema- tologicznymi,cosugerujeichkluczowefunkcje wprocesie hematopoezy.Ostatniedoniesieniawykazują,żezmianyte mogą być istotne dla rokowania pacjentów z MDS i AML (Tab.I)[6,28].

Zakłócenie regulacji epigenetycznej powoduje nieprawi- dłową transkrypcję genów, wciąż jednak nie są poznane właściwecząsteczkizmienianewskutekmutacjiczynników epigenetycznych oraz precyzyjne mechanizmy powodujące zmiany proﬁlu metylacji, ekspresji genów czy fenotypu komórekhematopoetycznych.

Aktualne dane dotyczące badań genetycznych i czyn- nościowychsugerują, żemutacjeregulatorówepigenetycz- nych mogą reprezentować co najmniej dwie nowe klasy mutacjiwśródchorychnaAML.Shih iwsp. [46]zakwaliﬁ- kowali aberracje genów TET2 i IDH1/2 do grupy mutacji powodujących zaburzenie procesów hydroksymetylacji DNA.MutacjegenówASXL1czyDNMT3Azostałynatomiast zaliczone do grupy zmian bezpośrednio związanych z regulacją metylacji DNA i/lub stanem histonów. Dwie, nowo wyodrębnione klasy mogłyby przyczyniać się do transformacji nowotworowej poprzez zmianę ułożenia chromatyny oraz współoddziaływanie z efektami mutacji klasI iII. Kolejnahipotezazakłada modulowanieefektów mutacji klas I i II, powodujące nieprawidłową metylację i/lubstrukturęchromatyny,aprzeztoprzyczyniającesiędo leukemogenezy. Wciąż jednak potrzebne są dodatkowe badania wyjaśniające, w jaki sposób różne kombinacje zaburzeń genetycznych mogą skutkować powstawaniem fenotypów o swoistych cechach biologicznych, wykazują- cych znaczenie rokownicze i podlegające swoistym sche- matomleczenia.

Wkład autorów/Authors' contributions

Wedługkolejności.

Konﬂikt interesu/Conﬂict of interest

Niewystępuje.

Finansowanie/Financial support

Praca ﬁnansowana ze środków Uniwersytetu Medycznego wLubliniejakoprojektbadawczymłodegonaukowcanrMN sd533.

Etyka/Ethics

Treści przedstawione w artykule są zgodne z zasadami DeklaracjiHelsińskiej,dyrektywamiEUorazujednoliconymi wymaganiamidlaczasopismbiomedycznych.

pi smiennictwo/references

[1] JonesPA,BaylinSB.Theepigenomicsofcancer.Cell 2007;128:683–692.

[2] AlvarezS,SuelaJ,ValenciaA,etal.DNAmetylationproﬁles andtheirrelationshipwithcytogeneticstatusinadultacute myeloidleukemia.PloSOne2010;5:e12197.

[3] BullingerL,EhrichM,DohnerK,etal.QuantitativeDNA metylationpredictssurvivalinadultacutemyeloid leukemia.Blood2010;115:636–642.

[4] FigueroaME,MelnickA,GreallyJM.Genome-wide determinationofDNAmetylationbyHpaIItinyfragment enrichmentbyligation-mediatedPCR(HELP)forthestudy ofacuteleukemias.MethodsMolBiol2009;538:395–407.

[5] FigueroaME,ReimersM,ThompsonRF,etal.Anintegrative genomicandepigenomicapproachforthestudyof transcriptionalregulation.PloSOne2008;3:e1882.

[6] FigueroaME,SkrabanekL,LiY,etal.MDSandsecondary AMLdisplayuniquepatternsandabundanceofaberrant DNAmethylation.Blood2009;114:3448–3458.

[7] DenebergS,GrovdalM,KarimiM,etal.Gene-speciﬁcand globalmethylationpatternspredictoutcomeinpatients withacutemyeloidleukemia.Leukemia2010;24:932–941.

[8] FigueroaME,LugthartS,LiY,etal.DNAmethylation signaturesidentifybiologicallydistinctsubtypesinacute myeloidleukemia.CancerCell2010;17:13–27.

[9] DingL,LeyTJ,LarsonDE,etal.Clonalevolutioninrelapsed acutemyeloidleukaemiarevealedbywhole-genome sequencing.Nature2012;481:506–510.

[10] WelchJS,LeyTJ,LinkDC,etal.Theoriginandevolution ofmutationsinacutemyeloidleukemia.Cell2012;150:

264–278.

[11] ReitmanZJ,YanH.Isocitratedehydrogenase1and2 mutationsincancer:alterationsatacrossroadsofcellular metabolism.JNatlCancerInst2010;102:932–941.

[12] DucrayF,MarieY,SansonM.IDH1andIDH2mutationsin gliomas.NEnglJMed2009;360:2248–2249.

[13] SansonM,MarieS,ParisS,etal.Isocitratedehydrogenase 1codon132mutationsisanimportantprognostic biomarkeringliomas.JClinOncol2009;27:4150–4154.

[14] ParsonsDW,JonesS,ZhangX,etal.Anintegratedgenomic analysisofhumanglioblastomamultiforme.Science 2008;321:1807–1812.

(7)

[15] MardisER,DingL,DoolingDJ,etal.Recurringmutations foundbysequencinganacutemyeloidleukemiagenome.

NEnglJMed2009;361:1058–1066.

[16] TefferiA,JimmaT,SulaiNH,etal.IDHmutationsin primarymyeloﬁbrosispredictleukemictransformationand shortenedsurvival:clinicalevidenceforleukemogenic collaborationwithJAK2V617F.Leukemia2012;26:475–480.

[17] PaschkaP,SchlenkRF,GaidzikVI,etal.IDH1andIDH2 mutationsarefrequentgeneticalterationsinacutemyeloid leukemiaandconferadverseprognosisincytogenetically normalacutemyeloidleukemiawithNPM1mutation withoutFLT3internaltandemduplication.JClinOncol 2010;28:3636–3643.

[18] SchnittgerS,HaferlachC,UlkeM,etal.IDH1mutationsare detectedin6.6%of1414AMLpatientsandareassociated withintermediateriskkaryotypeandunfavorable prognosisinadultsyoungerthan60yearsandunmutated NPM1status.Blood2010;116:5486–5496.

[19] AbbasS,LugthartS,KavelaarsFG,etal.Acquiredmutations inthegenesencodingIDH1andIDH2botharerecurrent aberrationsinacutemyeloidleukemia(AML):prevalence andprognosticvalue.Blood2010;116:2122–2126.

[20] PatelKP,RavandiF,MaD,etal.Acutemyeloidleukemia withIDH1orIDH2mutation:frequencyand

clinicopathologicfeatures.AmJClinPathol2011;135:35–45.

[21] GreenCL,EvansCM,HillsRK,etal.Theprognostic signiﬁcanceofIDH1mutationsinyoungeradultpatients withacutemyeloidleukemiaisdependentonFLT3/ITD status.Blood2010;116:2779–2782.

[22] GrossS,CairnsRA,MindenMD,etal.Cancer-associated metabolite2-hydroxyglutarateaccumulatesinacute myelogenousleukemiawithisocitratedehydrogenase1 and2mutations.JExpMed2010;207:339–344.

[23] ReitmanZJ,ParsonsDW,YanH.IDH1andIDH2:notyour typicaloncogenes.CancerCell2010;17:215–216.

[24] KölkerS,PawlakV,AhlemeyerB,etal.NMDAreceptor activationandrespiratorychaincomplexVinhibition contributetoneurodegenerationind-2-hydroxyglutaric aciduria.EurJNeurosci2002;16:21–28.

[25] XuW,YangH,LiuY,etal.Oncometabolite 2-hydroxyglutarateisacompetitiveinhibitorof a-ketoglutarate-dependentdioxygenases.CancerCell 2011;19:17–30.

[26] WatanabeT,NobusawaS,KleihuesP,OhgakiH.IDH1 mutationsareearlyeventsinthedevelopmentof astrocytomasandoligodendrogliomas.AmJPathol 2009;174:1149–1153.

[27] FigueroaME,Abdel-WahabO,LuC,etal.LeukemicIDH1 andIDH2mutationsresultinahypermethylation phenotype,disruptTET2function,andimpair

hematopoieticdifferentiation.CancerCell2010;18:553–567.

[28] ItoS,D'AlessioAC,TaranovaOV,etal.RoleofTetproteins in5mCto5hmCconversion,ES-cellself-renewalandinner cellmassspeciﬁcation.Nature2010;466:1129–1133.

[29] MarcucciG,MaharryK,WuYZ,etal.IDH1andIDH2gene mutationsidentifynovelmolecularsubsetswithindenovo cytogeneticallynormalacutemyeloidleukemia:aCancer andLeukemiaGroupBstudy.JClinOncol2010;28:

2348–2355.

[30] RakhejaD,KonoplevS,MedeirosLJ,ChenW.IDHmutations inacutemyeloidleukemia.HumPathol2012;43:1541–1551.

[31] DohnerH,GaidzikVI.Impactofgeneticfeatureson treatmentdecisionsinAML.HematologyAmSocHematol EducProgram2011;36–42.

[32] TahilianiM,KohKP,ShenY,etal.Conversionof 5-methylcytosineto5-hydroxymethylcytosinein mammalianDNAbyMLLpartnerTET1.Science 2009;324:930–935.

[33] ValinluckV,TsaiHH,RogstadDK,etal.Oxidativedamage tomethyl-CpGsequencesinhibitsthebindingofthe methyl-CpGbindingdomain(MBD)ofmethyl-CpGbinding protein2(MeCP2).NucleicAcidsRes2004;32:4100–4108.

[34] ValinluckV,SowersLC.Endogenouscytosinedamage productsalterthesiteselectivityofhumanDNA maintenancemethyltransferaseDNMT1.CancerRes 2007;67:946–950.

[35] WuH,D'AlessioAC,ItoS,etal.Genome-wideanalysisof 5-hydroxymethylcytosinedistributionrevealsitsdual functionintranscriptionalregulationinmouseembryonic stemcells.Genes&Dev2011;25:679–684.

[36] PastorWA,PapeUJ,HuangY,etal.Genome-widemapping of5-hydroxymethylcytosineinembryonicstemcells.

Nature2011;473:394–397.

[37] GuoJU,SuY,ZhongC,etal.Hydroxylationof 5-methylcytosinebyTET1promotesactiveDNA demethylationintheadultbrain.Cell2011;145:423–434.

[38] DelhommeauF,DupontS,DellaValleV,etal.Mutationin TET2inmyeloidcancers.NEnglJMed2009;360:2289–2301.

[39] LangemeijerSM,KuiperRP,BerendsM,etal.Acquired mutationsinTET2arecommoninmyelodysplastic syndromes.NatureGenet2009;41:838–842.

[40] SmithAE,MohamedaliAM,KulasekararajA,etal.Next- generationsequencingoftheTET2genein355MDSand CMMLpatientsrevealslow-abundancemutantcloneswith earlyorigins,butindicatesnodeﬁniteprognosticvalue.

Blood2010;116:3923–3932.

[41] KoM,HuangY,JankowskaAM,etal.Impaired

hydroxylationof5-methylcytosineinmyeloidcancerswith mutantTET2.Nature2010;468:839–843.

[42] MetzelerKH,MaharryK,RadmacherMD,etal.TET2 mutationsimprovethenewEuropeanLeukemiaNetrisk classiﬁcationofacutemyeloidleukemia:aCancerand LeukemiaGroupBstudy.JClinOncol2011;29:1373–1381.

[43] VaramballyS,DhanasekaranSM,ZhouM,etal.The polycombgroupproteinEZH2isinvolvedinprogressionof prostatecancer.Nature2002;419:624–629.

[44] MorinRD,JohnsonNA,SeversonTM,etal.Somatic mutationsalteringEZH2(Tyr641)infollicularanddiffuse largeB-celllymphomasofgerminal-centerorigin.Nature Genet2010;42:181–185.

[45] SneeringerCJ,ScottMP,KuntzKW,etal.Coordinated activitiesofwildtypeplusmutantEZH2drivetumor- associatedhypertrimethylationoflysine27onhistoneH3 (H3K27)inhumanB-celllymphomas.ProcNatlAcadSci USA2010;107:20980–20985.

[46] ShihAH,Abdel-WahabOr,PatelJP,LevineR.Theroleof mutationsinepigeneticregulatorsinmyeloid

malignancies.NatRevCancer2012;12:599–612.

[47] NikoloskiG,LangemeijerSM,KuiperRP,etal.Somatic mutationsofthehistonemethyltransferasegeneEZH2in myelodysplasticsyndromes.NatureGenet2010;42:

665–667.

[48] ErnstT,ChaseAJ,ScoreJ,etal.Inactivatingmutationsof thehistonemethyltransferasegeneEZH2inmyeloid disorders.NatureGenet2010;42:722–726.

[49] Herrera-MerchanA,ArranzL,LigosJM,etal.Ectopic expressionofthehistonemethyltransferaseEzh2in haematopoieticstemcellscausesmyeloproliferative disease.NatureCommun2012;3:623.

[50] SimonJA,LangeCA.RolesoftheEZH2histone methyltransferaseincancerepigenetics.MutatRes 2008;647:21–29.

[51] ClassenAK,BunkerBD,HarveyKF,VaccariT,BilderD.A tumorsuppressoractivityofDrosophilaPolycombgenes mediatedbyJAK-STATsignaling.NatGenet2009;41:

1150–1155.

(8)

[52] MartinezAM,SchuettengruberB,SakrS,etal.Polyhomeotic hasatumorsuppressoractivitymediatedbyrepressionof Notchsignaling.NatGenet2009;41:1076–1082.

[53] LeBeauMM,EspinosaR,DavisEM,etal.Cytogeneticand moleculardelineationofaregionofchromosome7 commonlydeletedinmalignantmyeloiddiseases.Blood 1996;88:1930–1935.

[54] LeyTJ,DingL,WalterMJ,etal.DNMT3Amutationsinacute myeloidleukemia.NEnglJMed2010;363:2424–2433.

[55] TholF,DammF,LüdekingA,etal.Incidenceandprognostic inﬂuenceofDNMT3Amutationsinacutemyeloid leukemia.JClinOncol2011;29:2889–2896.

[56] YamashitaY,YuanJ,SuetakeI,etal.Array-basedgenomic resequencingofhumanleukemia.Oncogene2010;29:

3723–3731.

[57] FriedI,BodnerC,PichlerMM,etal.Frequency,onsetand clinicalimpactofsomaticDNMT3Amutationsintherapy- relatedandsecondaryacutemyeloidleukemia.

Haematologica2012;97:246–250.

[58] ScheuermannJC,deAyalaAlonsoAG,OktabaK,etal.

HistoneH2AdeubiquitinaseactivityofthePolycomb repressivecomplexPR-DUB.Nature2010;465:243–247.

[59] Abdel-WahabO,AdliM,LaFaveLM,etal.ASXL1

mutationspromotemyeloidtransformationthroughlossof

PRC2-mediatedgenerepression.CancerCell2012;22:

180–193.

[60] BejarR,StevensonK,Abdel-WahabO,etal.Clinicaleffectof pointmutationsinmyelodysplasticsyndromes.NEnglJ Med2011;364:2496–2506.

[61] Abdel-WahabO,PardananiA,PatelJ,etal.Concomitant analysisofEZH2andASXL1mutationsinmyeloﬁbrosis, chronicmyelomonocyticleukemiaandblast-phase myeloproliferativeneoplasms.Leukemia2011;25:

1200–1202.

[62] Abdel-WahabO,KilpivaaraO,PatelJ,BusqueL,LevineRL.

ThemostcommonlyreportedvariantinASXL1

(c.1934dupG;p.Gly646TrpfsX12)isnotasomaticalteration.

Leukemia2010;24:1656–1657.

[63] Abdel-WahabO,ManshouriT,PatelJ,etal.Geneticanalysis oftransformingeventsthatconvertchronic

myeloproliferativeneoplasmstoleukemias.CancerRes 2010;70:447–452.

[64] AravindL,IyerLM.TheHARE-HTHandassociated domains:novelmodulesinthecoordinationofepigenetic DNAandproteinmodiﬁcations.CellCycle2012;11:119–131.

[65] GłowackiS,BłasiakJ.Znaczeniemodyﬁkacji

epigenetycznychwpatogeneziebiałaczek.ActHaematol Pol2013;44:48–57.