epigenetik hastalıklar ve tedavi yaklaÅımları - Hacettepe Ãniversitesi ...
epigenetik hastalıklar ve tedavi yaklaÅımları - Hacettepe Ãniversitesi ...
epigenetik hastalıklar ve tedavi yaklaÅımları - Hacettepe Ãniversitesi ...
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
DERLEME <strong>Hacettepe</strong> T›p Dergisi 2007; 38:48-54<br />
Epigenetik hastal›klar <strong>ve</strong> <strong>tedavi</strong> yaklafl›mlar›<br />
Gamze Bora 1 , Hayat Erdem Yurter 2<br />
1 Araştırma Görevlisi, <strong>Hacettepe</strong><br />
Üni<strong>ve</strong>rsitesi Tıp Fakültesi<br />
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı,<br />
Ankara<br />
2 Prof. Dr., <strong>Hacettepe</strong><br />
Üni<strong>ve</strong>rsitesi Tıp Fakültesi<br />
Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı,<br />
Ankara<br />
Kalıtım materyali olan DNA molekülü, nükleotid olarak adlandırılan küçük yapı<br />
taşlarının birleşmesiyle oluşmaktadır. DNA’nın yapısı <strong>ve</strong> nükleotidlerin dizilişi<br />
bir canlının tüm hücrelerinde aynı olmakla birlikte, hücreler arası farklılıklar<br />
gen ifadesindeki değişikliklerden kaynaklanmaktadır. DNA dizisinden bağımsız<br />
olarak gen ifadesinde meydana gelen kalıtsal değişiklikler <strong>epigenetik</strong> olarak adlandırılmaktadır.<br />
Gen ifadesi temel olarak iki mekanizmayla düzenlenmektedir [1]:<br />
1. Transkripsiyonu akti<strong>ve</strong> eden <strong>ve</strong> baskılayan proteinlerin aktivitelerinin düzenlenmesi,<br />
2. DNA <strong>ve</strong> kromatinde meydana gelen kovalent modifikasyonlar (<strong>epigenetik</strong><br />
kontrol).<br />
EP‹GENET‹K MEKAN‹ZMALAR<br />
Epigenetik mekanizmalar, çevresel etkenler <strong>ve</strong> henüz tanımlanmamış bazı faktörlerin<br />
de katkısıyla epigenotip adı <strong>ve</strong>rilen bir profil kurulmaktadır. Genotipin bu<br />
profil üzerindeki yansımasıyla fenotip ortaya çıkmaktadır (Şekil 1) [1].<br />
Epigenetik mekanizmalar üç ana başlıkta toplanmaktadır [2]:<br />
1. DNA metilasyonu,<br />
2. Histon modifikasyonları,<br />
3. RNA ile indüklenen sessizleşme (RNA-induced silencing).<br />
Bu mekanizmaların birlikte çalışması sonucu gen ifadesinde kalıtsal değişiklikler<br />
meydana gelmektedir. Mekanizmaların herhangi birindeki hata, genlerin ifadesinin<br />
aşırı artmasına <strong>ve</strong>ya baskılanmasına neden olarak <strong>epigenetik</strong> hastalıklara yol<br />
açmaktadır [2].<br />
DNA metilasyonu<br />
DNA metilasyonu en çok çalışılan <strong>epigenetik</strong> mekanizma olup, gen ifadesinin<br />
baskılanmasını sağlamakta, embriyonik gelişim, transkripsiyon, kromatin yapısı,<br />
X-kromozom inaktivasyonu, genomik “imprinting”in düzenlenmesi <strong>ve</strong> kromatin<br />
kararlılığının korunmasında fonksiyon görmektedir [3]. DNA metilasyonu, DNA<br />
metil transferaz (DNMT) enzimleri tarafından katalizlenmekte <strong>ve</strong> DNA genellikle<br />
CpG bölgelerindeki sitozinden (C) metillenmektedir. Genomda tekrar dizilerinin<br />
<strong>ve</strong> transpozonların bulunduğu heterokromatinin CpG bölgelerinde metilasyon<br />
oranı yüksek görülmekte, bu sayede transkripsiyon baskılanmakta <strong>ve</strong> transpozonların<br />
genom içerisindeki hareketi engellenerek kromozomun kararlı halde kalma-<br />
48 H ACETTEPE T IP D ERG‹S‹
Epigenetik hastal›klar <strong>ve</strong> <strong>tedavi</strong> yaklafl›mlar›<br />
A<br />
B<br />
Genotip<br />
CAGT<br />
Şekil 1. A: Genetik etkileşimler. B: Epigenetiğin şematik gösterimi:<br />
genotip, nükleotidlerin yan yana dizişiliyle oluşmakta, epigenotip<br />
ise bu dizilişe anlam <strong>ve</strong> değişik ifade biçimleri kazandırmaktadır.<br />
sı sağlanmaktadır [2,3]. CpG adacıkları ise genlerin<br />
promotor bölgelerinde bulunan, yaklaşık 500 baz çifti<br />
uzunluğunda <strong>ve</strong> %55’ten fazla CG içeren, metilasyon<br />
oranı düşük olan korunmuş dizilerdir [2]. DNA metilasyonunun,<br />
transkripsiyon faktörlerinin bağlanmasını<br />
engelleyerek <strong>ve</strong>ya metilli DNA’ya bağlanan protein<br />
kompleksleri sayesinde kromatin yapısını değiştirerek<br />
genlerin ifadesini baskıladığı düşünülmektedir.<br />
Histon modifikasyonları<br />
Çevresel etkenler<br />
Epigenotip<br />
Tanımlanmamış faktörler<br />
CAGT<br />
cagt<br />
cagt<br />
CAGT<br />
Fenotip<br />
Histon modifikasyonları kromatin yapı <strong>ve</strong> fonksiyonunu<br />
değiştirmeleri nedeniyle <strong>epigenetik</strong> modifier<br />
olarak bilinmektedir [2]. Histon modifikasyonlarıyla<br />
DNA metilasyonu arasında direkt ilişki olduğunu gösteren<br />
çalışmalar bulunmaktadır. Ökaryotik hücrelerde<br />
DNA, beş tip histon proteini ile paketlenerek nükleozom<br />
yapısını oluşturmaktadır [4]. Bir genin ifade edilmesi,<br />
histon proteinleri-DNA arasındaki paketlenmenin<br />
gevşemesi <strong>ve</strong> nükleozom yapısının yer değiştirmesi<br />
olarak bilinen remodelling sonucu mümkün olmaktadır<br />
[5]. Histon proteinlerinin amino ucunda asetilasyon,<br />
metilasyon, fosforilasyon, ubiqutinizasyon, ADPribozilasyon<br />
<strong>ve</strong> sumozilasyon gibi çeşitli posttranslasyonel<br />
modifikasyonlar görülmektedir. Modifikasyonların<br />
histonların elektrostatik yükünü etkileyerek kromatin<br />
yapısını değiştirdiği <strong>ve</strong> protein kompleksleri için tanıma<br />
bölgesi oluşturduğu düşünülmektedir. Böylece<br />
histon-DNA <strong>ve</strong> histon-histon ilişkisi etkilenmekte, DNA<br />
paketlenmesi, replikasyonu, tamiri <strong>ve</strong> gen ifadesinin<br />
kontrolü gibi birçok biyolojik olay kontrol edilebilmektedir.<br />
Modifikasyonlar tek başlarına <strong>ve</strong>ya farklı kombinasyonlarda<br />
bulunarak kromatine bazı anlamlar yüklemekte<br />
<strong>ve</strong>ya bu anlamları değiştirebilmektedir [6-9].<br />
Üzerinde en çok çalışılan histon modifikasyonu<br />
asetilasyondur [6]. Histonların asetilasyonu histon asetil<br />
transferaz (HAT) <strong>ve</strong> histon deasetilaz (HDAC) enzim<br />
aileleri tarafından düzenlenmektedir (Şekil 2). Negatif<br />
yüklü asetil grubunun histon proteininin amino ucuna<br />
takılmasıyla pozitif yüklü lizin aminoasiti yükünü<br />
kısmen kaybetmekte, kromatinde gevşeme meydana<br />
gelmekte, transkripsiyon faktörlerinin genlerin promotor<br />
bölgelerine ulaşmaları kolaylaşmakta <strong>ve</strong> bu sayede<br />
transkripsiyon gerçekleşmektedir. Asetilasyon geri<br />
dönüşümlü olarak gerçekleşen bir olaydır. Lizin aminoasitinden<br />
asetil grubunun çıkartılmasıyla kromatin<br />
tekrar kondense olmakta <strong>ve</strong> transkripsiyon baskılanmaktadır.<br />
Kromatinin belli bir bölgesinde histonların<br />
asetile olması, o bölgenin transkripsiyonel açıdan aktif<br />
olduğunu gösterirken, deasetile olması transkripsiyonun<br />
baskılandığını göstermektedir [7].<br />
As<br />
HAT<br />
As<br />
HDAC<br />
As<br />
Deasetile histon proteinleri<br />
(inaktif)<br />
As<br />
Asetile histon proteinleri<br />
(aktif)<br />
Şekil 2. Histon asetilasyonu <strong>ve</strong> deasetilasyonu. HAT: Histon asetil transferaz, HDAC: Histon deasetilaz.<br />
Cilt 38 • Say› 1 • 2007<br />
49
Bora <strong>ve</strong> Erdem Yurter<br />
RNA ile indüklenen sessizleşme (RNA-induced silencing)<br />
RNA’ların, histon modifikasyonlarının <strong>ve</strong> DNA metilasyonunun<br />
başlaması için itici güç oluşturduğu, bu<br />
sayede heterokromatin bölgenin oluşumuna katkıda<br />
bulunarak kalıtsal olarak sessizleştirilmesini sağladığı<br />
düşünülmektedir [2].<br />
Son yıllarda, kodlamayan RNA (non-coding RNA)<br />
adı <strong>ve</strong>rilen bazı küçük RNA moleküllerinin <strong>epigenetik</strong><br />
süreçte rol aldıkları gösterilmiştir. Örneğin; RNA interferans<br />
olarak bilinen, posttranskripsiyonel <strong>ve</strong> posttranslasyonel<br />
sessizleştirilmelerde görevli olan miRNA<br />
(micro RNA), siRNA (small-interfering RNA) <strong>ve</strong> X kromozom<br />
inaktivasyonundan sorumlu olan XIST RNA [1].<br />
EP‹GENET‹K HASTALIKLAR<br />
Çoğu hastalığın temelinde, genotipe göre daha kararsız<br />
olan epigenotipin yattığı düşünülmektedir. Epigenetik<br />
profilin hatalı olmasına neden olan mutasyonlar<br />
(epimutasyon) sonucu ortaya çıkan hastalıklar <strong>epigenetik</strong><br />
hastalıklar olarak bilinmekte <strong>ve</strong> üç ana grup altında<br />
incelenmektedir [1,10].<br />
1. “Imprinted” hastalıklar<br />
Genomik “imprinting”, belirli bir genin ifadesinin<br />
ebe<strong>ve</strong>yne bağlı olarak değişmesidir. Normalde anne <strong>ve</strong><br />
babadan gelen allellerde ifade farklılıkları bulunmakta<br />
<strong>ve</strong> sadece bir allel ifade edilmektedir (mono-allelic expression).<br />
Örneğin; insülin-büyüme faktörü-2 geninin<br />
paternal alleli ifade olurken, maternal alleli ifade edilmez<br />
[11]. Bu mekanizmayı etkileyen mutasyonlar nedeniyle<br />
ortaya çıkan hastalıklar “imprinted” hastalıklar<br />
olarak bilinmektedir.<br />
Bazı genler dokuya özgül olarak da “imprinted” karakter<br />
kazanabilmektedir. Örneğin; ubiquitin protein ligaz<br />
3 geninin, beyinde sadece maternal alleli ifade olurken,<br />
diğer dokularda her iki allel de ifade edilmektedir<br />
[11]. “Imprinted” genlerin büyük çoğunluğunun büyüme<br />
<strong>ve</strong> davranışlarla ilişkili olduğu gösterilmiştir. Bu<br />
genler çoğunlukla beyinde ifade olmakta, bu nedenle<br />
fenotipte sıklıkla zeka geriliği görülmektedir [12].<br />
“Imprinted” genlerde, DNA metilasyonunun kaybı<br />
ya da kazanımı sonucu (Loss of imprinting) allele-özgül<br />
gen ekspresyon profili bozularak hastalıklar meydana<br />
gelmektedir. Bu duruma en iyi örnek Beckwith-<br />
Wiedemann sendromu (BWS) olup, 11p15.5 bölgesinde<br />
bulunan sekiz “imprinted” gende çeşitli mutasyonlar/”imprinting”<br />
kayıpları nedeniyle, maternal genlerin<br />
ekspresyonlarında azalma <strong>ve</strong> paternal genlerin<br />
ekspresyonlarında artış görülmektedir. Ayrıca, 11. kromozomun<br />
her ikisinin de babadan gelmesi sonucu ortaya<br />
çıkan “Uniparental Disomy (UPD)” de aynı fenotipe<br />
yol açmaktadır [3].<br />
50<br />
Diğer bir “imprinted” hastalık olan Angelman<br />
sendromu ise tek bir gende meydana gelen mutasyonlar<br />
sonucu oluşmaktadır. 15q11-q13’te yer alan ubiquitin<br />
protein ligaz 3 geninin normalde maternal alleli<br />
eksprese olmakta, fakat bu hastalarda çeşitli mutasyonlar/”imprinting”<br />
kayıpları sonucu bu allelin, dolayısıyla<br />
genin ifadesi baskılanmaktadır [12,13].<br />
Ayrıca, Prader-Willi sendromu (PWS), Russell-Sil<strong>ve</strong>r<br />
sendromu <strong>ve</strong> psödohipoparatiroidizm de “imprinted”<br />
hastalıklar olarak bildirilmiştir.<br />
2. Kromatin yapı değişimiyle ortaya çıkan hastalıklar<br />
Kromatin yapısını değiştiren trans <strong>ve</strong> cis pozisyonu<br />
mutasyonları sonucu ortaya çıkan hastalıklardır [1].<br />
Trans pozisyonu hastalıkları kromatin yapısının<br />
düzenlenmesinde görevli proteinleri kodlayan genlerde<br />
meydana gelen mutasyonlar sonucu ortaya çıkmaktadır<br />
(Şekil 3). Bu mutasyonlar normal <strong>ve</strong>ya “imprinted”<br />
genlerde görülebilmekte <strong>ve</strong> ortaya çıkan hastalıklarda<br />
genellikle birden çok organ sistemi etkilenmektedir<br />
(pleitropik etki). Örneğin; ICF (immunodeficiency,<br />
centromeric insability and facial anomalies<br />
syndrome) sendromu, de novo DNMT enzimini kodlayan<br />
gendeki mutasyonlardan kaynaklanmakta <strong>ve</strong><br />
heterokromatin bölgelerde genomik kararsızlık görülmektedir<br />
[3].<br />
A<br />
Trans<br />
pozisyonundaki<br />
mutasyonlar<br />
5<br />
3<br />
B<br />
Cis<br />
pozisyonundaki<br />
mutasyonlar<br />
5<br />
CATGCCGCCGCCGCCGGAATCGCGCG<br />
3<br />
GTACGGCGGCGGCGGCCTTAGCGCGC<br />
Şekil 3. Trans <strong>ve</strong> Cis pozisyonu mutasyonları. A: Trans pozisyonu<br />
mutasyonları: kromatin yapısının düzenlenmesinde görevli proteinleri<br />
kodlayan genlerde meydana gelen mutasyonlar. B: Cis pozisyonu<br />
mutasyonları: DNA’da meydana gelen mutasyonlar.<br />
3<br />
5<br />
3<br />
5<br />
H ACETTEPE T IP D ERG‹S‹
Epigenetik hastal›klar <strong>ve</strong> <strong>tedavi</strong> yaklafl›mlar›<br />
Trans pozisyon hastalıkları olarak Rett sendromu,<br />
X’e bağlı α-talasemi/mental retardasyon sendromu<br />
(ATR-X), “Immunousseous dysplasia-Schimke” tipi, Rubinstein-Taybi<br />
sendromu <strong>ve</strong> metilentetrahidrofolat redüktaz<br />
(MTHFR) yetmezliği bilinmektedir.<br />
Cis pozisyonu hastalıkları ise, DNA’da meydana gelen<br />
mutasyonlar sonucu kromatin yapısının etkilenmesiyle<br />
ortaya çıkmaktadır (Şekil 3). Cis pozisyon hastalıklarından<br />
Frajil X sendromu, FMR1 geninin 5’<br />
ucundaki CGG üçlü tekrar sayılarının artması sonucu<br />
ortaya çıkmaktadır. Normal bireylerde 6-54 arası görülen<br />
üçlü tekrar sayısı, Frajil X’li bireylerde 200-1,000<br />
tekrara kadar ulaşmaktadır. Tekrar sayılarının artması<br />
sonucu promotor bölgedeki CpG adacıklarında metilasyon<br />
artmakta, histonların deasetilasyonu sonucu<br />
kromatin kondanse olarak genin ifadesi baskılanmaktadır<br />
[3,14]. Ayrıca, “locus control region (LCR)” delesyonu,<br />
γδβ- <strong>ve</strong> δβ- talasemi <strong>ve</strong> fasiyo skapulo hümeral<br />
musküler distrofi (FSHD) cis pozisyon hastalıkları olarak<br />
bildirilmiştir.<br />
3. Kanser<br />
DNA metilasyonu <strong>ve</strong> kanser arasındaki ilişki ilk kez<br />
1983 yılında ortaya çıkartılmış, kanser hücre genomlarının<br />
normale göre hipometile olduğu gösterilmiştir.<br />
Genomdaki tekrar dizilerinin hipometilasyonuyla<br />
transpozonlar akti<strong>ve</strong> olarak genomik kararsızlık <strong>ve</strong> buna<br />
bağlı yeniden düzenlenmeler meydana gelmektedir<br />
(Şekil 4). Ayrıca, metilasyon kaybının da hastalığın ciddiyetini<br />
<strong>ve</strong> metastazı etkilediği bilinmektedir [3]. Kanser<br />
hücrelerinde gene-özgül hipermetilasyonlar da görülmektedir.<br />
Hipermetilasyon genellikle CpG adacıklarında<br />
meydana gelmekte, kromatin yapısını değiştirerek<br />
gen ifadesini baskılamaktadır. Hücre döngüsünde,<br />
sinyal iletim yolunda, DNA tamirinde <strong>ve</strong> apopitozda<br />
görev alan tümör baskılayıcı genlerin promotor bölgelerindeki<br />
hipermetilasyonla bu genlerin ifadesi baskılanmaktadır<br />
(Şekil 4). Bu durum kanser hücrelerine büyüme<br />
<strong>ve</strong> çoğalma avantajı sağlamakta, metastazı kolaylaştırmaktadır.<br />
Tümör baskılayıcı genlerin inakti<strong>ve</strong> olabilmesi için<br />
her iki allelinde de mutasyon bulunması gerekmektedir<br />
(Knodson’ın Two-Hit Modeli). Ailesel kanserlerle yapılan<br />
çalışmalar, tümör baskılayıcı genlerin bir allelinde<br />
mutasyon bulunduğunu, diğer allelin ise hipermetilasyonla<br />
baskılandığını göstermiştir [15].<br />
Global metilasyon profilinin değişimi dışında,<br />
“imprinted” genlerdeki DNA metilasyon kaybı ya da<br />
kazanımı da kanser gelişimine neden olmaktadır. Hücre<br />
büyümesinde <strong>ve</strong> çoğalmasında görev alan “imprinted”<br />
bir genin normalde sessiz olan alleli, metilasyon<br />
kaybıyla akti<strong>ve</strong> olarak genin ifadesini arttırabilmektedir.<br />
Örneğin; kolon, akciğer, karaciğer, o<strong>ve</strong>r kanserlerinde<br />
<strong>ve</strong> Wilms’ tümöründe insülin büyüme faktörü-2 geninin<br />
normalde sessiz olan maternal allelinde oluşan<br />
metilasyon kaybıyla gen ifadesindeki artış sonucu kanser<br />
oluşmaktadır [3]. Bu durumun tersine, hücre büyümesini<br />
durdurmakta görev alan “imprinted” bir genin<br />
normalde aktif olan alleli, metilasyon artışı sonucu<br />
inakti<strong>ve</strong> olarak gen ifadesini baskılayabilmektedir. Örneğin;<br />
siklin-bağımlı kinaz inhibitörünü kodlayan genin<br />
normal hücrelerde maternal alleli ifade edilmekte<br />
<strong>ve</strong> gen ürünü hücre döngüsünü durdurmaktadır.<br />
Wilms’ tümörlerinin %10’unda bu gende metilasyon<br />
artışı görülmüştür [3].<br />
DNA metilasyon profilindeki değişiklikler kanserin<br />
tanısında, yatkınlığın saptanmasında, kemoterapötik<br />
ajanlara <strong>ve</strong>rilen cevabın <strong>ve</strong> yan etkilerin önceden belirlenmesinde<br />
belirleyici olarak kullanılabilmektedir<br />
[16,17].<br />
Tekrar dizileri/Transpozonlar<br />
(hipermetile)<br />
Hipometilasyon<br />
Mitotik rekombinasyon,<br />
genomik kararsızlık<br />
Tümör<br />
baskılayıcı gen<br />
CpG adacıkları<br />
(hipometile)<br />
Hipermetilasyon<br />
Transkripsiyonun baskılanması,<br />
tümör baskılayıcı gen<br />
ekspresyonu kaybı<br />
Normal hücre<br />
KANSER<br />
Şekil 4. DNA metilasyonu <strong>ve</strong> kanser.<br />
Cilt 38 • Say› 1 • 2007<br />
51
Bora <strong>ve</strong> Erdem Yurter<br />
TEDAV‹ YAKLAfiIMLARI<br />
Son yıllarda, insanlarda görülen çoğu hastalığın<br />
<strong>epigenetik</strong> temellerinin olduğunun anlaşılması üzerine,<br />
<strong>epigenetik</strong> hataların düzeltilmesi amacıyla yürütülen<br />
ilaç araştırma-geliştirme çalışmaları hız kazanmıştır.<br />
DNA metilasyon <strong>ve</strong> histon modifikasyon profilini<br />
değiştirebilen ilaç adayı bileşikler geliştirilmeye başlanarak<br />
preklinik <strong>ve</strong> klinik aşamalara geçilmiştir (Tablo<br />
1). Geliştirilen ilaç adayları arasında en çok ümit vadeden<br />
bileşikler DNMT inhibitörleri <strong>ve</strong> HDAC inhibitörleridir<br />
[2].<br />
DNMT inhibitörleri<br />
DNMT inhibitörleri etki mekanizmalarına göre,<br />
nükleozid analoğu olan <strong>ve</strong> olmayan bileşikler olmak<br />
üzere iki sınıf altında incelenmektedir (Tablo 1). Nükleozid<br />
analogları, DNA bazına benzer bir yapı göstermekte,<br />
replikasyon sırasında yeni sentezlenen zincirin yapısına<br />
katılmaktadır [10]. DNA’nın yapısına katılan bileşiklerle<br />
DNMT’ler arasında kovalent bağlar kurulmakta,<br />
enzimin aktif hale geçmesi engellenerek yeni sentezlenen<br />
zincirin hipometile olması sağlanmaktadır (Şekil 5)<br />
[2,16]. Bu şekilde etki gösteren 5-azasitidin, miyelodisplastik<br />
sendromun tüm tiplerinde kullanılmak üzere<br />
“Food and Drug Administration (FDA)” tarafından<br />
onaylanmıştır [18]. Nükleozid analoglarının miyelotoksik<br />
etkilerinin olduğu <strong>ve</strong> sitopeniye yol açtığının gösterilmesi<br />
üzerine, nükleozid analoğu olmayan bileşiklerin<br />
geliştirilmesi çalışmaları ağırlık kazanmıştır [10]. Bu bileşiklerden<br />
RG108 <strong>ve</strong> EGCG metiltransferazın aktif<br />
merkezine, prokain <strong>ve</strong> prokainamid ise hedef dizilere<br />
bağlanarak enzimin aktivitesini engellemektedir. Örneğin;<br />
yeşil çaydaki temel polifenol olan EGCG [(-)-epigallocatechin-3-gallate]’nin<br />
kanser hücrelerine uygulanmasıyla<br />
DNA metilasyonunda azalma saptanmıştır.<br />
Tablo 1. DNMT <strong>ve</strong> HDAC inhibitörleri, uygulama alanları <strong>ve</strong> klinik aşamalar<br />
DNMT inhibitörleri Hastalık Klinik aşama<br />
Nükleozid analoğu 5-azasitidin Miyelodisplastik sendrom FDA onaylı<br />
olan bileşikler 5-azasitidin Solid tümörler Faz II<br />
Desitabin Miyelodisplastik sendrom Faz II<br />
Desitabin Lösemi Preklinik<br />
Zebularin Mesane kanseri Preklinik<br />
Nükleozid analoğu Prokainamid Prostat kanseri Preklinik<br />
olmayan bileşikler Prokain Meme kanseri Preklinik<br />
EGCG Serviks kanseri Preklinik<br />
(epigallocatechin-3-gallate)<br />
HDAC inhibitörleri Hastalık Klinik aşama<br />
Hidroksamatlar TSA Meme kanseri Preklinik<br />
(trikostatin A)<br />
TSA Ovaryum kanseri Preklinik<br />
SAHA Solid tümörler Faz I/II<br />
(suberoylanilide hydroxamic acid)<br />
SAHA Lösemi Faz I/II<br />
Siklik tetrapeptidler Depsipeptid Lösemi Faz I/II<br />
Depsipeptid Melanom Preklinik<br />
Depsipeptid Kolon kanseri Preklinik<br />
Apisidin Lösemi Preklinik<br />
Kısa zincirli yağ asitleri Valproik asit Bipolar hastalıklar Rutin kullanımda<br />
Valproik asit Meme <strong>ve</strong> ovaryum kanseri Preklinik<br />
Fenil butirat Miyelodisplastik sendrom, lösemi Faz I<br />
Benzamidler MS-275 Solid tümörler Faz I<br />
CI-994 Solid tümörler Faz I<br />
Elektrofilik ketonlar Triflorometil ketonlar Kanser Preklinik<br />
α-ketonamidler Kanser Preklinik<br />
DNMT: DNA metiltransferaz, HDAC: Histon deasetilaz, FDA: Food and Drug Administration.<br />
52<br />
H ACETTEPE T IP D ERG‹S‹
Epigenetik hastal›klar <strong>ve</strong> <strong>tedavi</strong> yaklafl›mlar›<br />
DNA metiltransferaz<br />
(DNMT)<br />
CH 3<br />
(metil grubu)<br />
A<br />
HAT<br />
Nükleozid<br />
analoğu<br />
olmayan<br />
inhibitörler<br />
Metilsiz DNA<br />
O<br />
NH 2<br />
N N<br />
N<br />
Riboz<br />
DNMT inhibitörü<br />
Nükleozid<br />
analoğu<br />
olan inhibitörler<br />
B<br />
HDAC<br />
Şekil 5. DNA metiltransferaz inhibitörlerinin etki mekanizmaları.<br />
Antiaritmik ilaçlar olan prokain <strong>ve</strong> türevi prokainamidin<br />
ise kanser hücrelerinde, CG’ce zengin dizilere bağlanarak<br />
metiltransferazın hedef bölgelere bağlanmasını<br />
engellediği <strong>ve</strong> hipermetile olan tümör süpresör genlerin<br />
tekrar akti<strong>ve</strong> olmalarını sağladıkları düşünülmektedir<br />
[19].<br />
C<br />
O<br />
O N HN<br />
NH HN<br />
O<br />
HDAC<br />
O<br />
O<br />
O<br />
HDACi<br />
HDAC inhibitörleri<br />
Cilt 38 • Say› 1 • 2007<br />
Şekil 6. HDAC inhibitörlerinin etki mekanizmaları. A: HAT enzimi<br />
histonlara asetil grubu ekleyerek genin ifade olmasını sağlar.<br />
B: HDAC enzimi histonlardan asetil grubunu çıkartarak gen ifadesini<br />
baskılar. C: HDAC inhibitörleri, HDAC’ları inhibe ederek histonların<br />
asetilli halde kalmasını sağlar.<br />
HDAC inhibitörleri, histon asetilasyonunu sağlayarak<br />
bazı genlerin ifadesini değiştirebilmekte, ayrıca<br />
transkripsiyon faktörleri <strong>ve</strong> tümör baskılayıcı proteinler<br />
gibi histon olmayan bazı proteinlerin asetilasyonunu<br />
arttırarak biyolojik aktiviteleri etkilemektedir. HDAC<br />
inhibitörleri uygulanarak histonların deasetilasyonu<br />
engellenmekte, histonlar asetilli halde kalmakta <strong>ve</strong><br />
transkripsiyonun sürekliliği sağlanmaktadır (Şekil 6)<br />
[20,21].<br />
HDAC inhibitörleri ile yapılan in vivo çalışmalar,<br />
tümör büyümesini <strong>ve</strong> metastazı önemli ölçüde azalttıklarını<br />
göstermiştir. Örneğin; kısa zincirli yağ asitlerinden<br />
butirik asitler <strong>ve</strong> türevleri kolon, prostat, endometriyal<br />
<strong>ve</strong> servikal karsinomlarda çalışılmış, kanserli<br />
hastalarda hücre siklusunu etkileyerek bölünmeyi durdurduğu,<br />
farklılaşma <strong>ve</strong> apopitozu uyardığı gösterilmiştir<br />
[22].<br />
HDAC inhibitörleri, farklı biyolojik fonksiyonları<br />
etkilemeleri nedeniyle <strong>epigenetik</strong> hastalıklar sınıfına<br />
girmeyen, spinal musküler atrofi, Huntington hastalığı,<br />
diyabet <strong>ve</strong> paraziter infeksiyonların araştırılmasında,<br />
epigenomda değişiklik yaratmak amacıyla kullanılmaktadır<br />
[23-25]. Örneğin; çocukluk çağı en sık görülen kalıtsal<br />
hastalıklarından olan spinal musküler atrofiden<br />
sorumlu olan “Survival Motor Neuron (SMN)” geni<br />
üzerinde yapılan çalışmalarda, kısa zincirli yağ asidi<br />
grubuna giren HDAC inhibitörlerinin “splicing” hatasını<br />
düzelttiği <strong>ve</strong> fonksiyonel protein düzeyini arttırdığı<br />
bilinmektedir [26-28]. Kalıtsal bir poliglutamin tekrar<br />
hastalığı olan Huntington hastalığında ise transkripsiyon<br />
regülasyon bozukluğu olabileceği düşünülerek yapılan<br />
fare çalışmalarında SAHA’nın kan beyin bariyerini<br />
geçerek beyinde histon asetilasyonunu arttırdığı <strong>ve</strong><br />
fare beyninde görülen motor bozukluklarını düzelttiği<br />
gösterilmiştir [29].<br />
İlaç adayı olan DNMT <strong>ve</strong> HDAC inhibitör grupları<br />
tek başlarına, birlikte <strong>ve</strong>ya kemoterapi, radyoterapi gibi<br />
çeşitli sitotoksik ajanlarla kombine olarak uygulanabilmektedir<br />
[2,10].<br />
Epigenetik hataların genetik hatalara göre ilaçla daha<br />
kolay <strong>tedavi</strong> edilebileceği düşünülmekle birlikte,<br />
<strong>epigenetik</strong> hastalıkların <strong>tedavi</strong>si için ümit vadeden bileşiklerin<br />
bazı dezavantajları bulunmaktadır. Epigenomun<br />
geri dönüşümlü doğası gereği, uygulanan bileşiklerin<br />
etkileri kısa dönem olmakta <strong>ve</strong> hastanın hayat boyu<br />
ilaç kullanımı gerekmektedir. DNMT <strong>ve</strong> HDAC inhibitörleri<br />
ise nonspesifik etkileri nedeniyle global hiperasetilasyona,<br />
deasetilasyona <strong>ve</strong> demetilasyona neden<br />
53
Bora <strong>ve</strong> Erdem Yurter<br />
olacağı düşünülmesine rağmen klinik çalışmalara değer<br />
görülmektedir [10].<br />
Kalıtsal hastalıklarda genotipte görülen mutasyonların<br />
yanı sıra epigenotipin değişmesine neden olan<br />
mutasyonların da önemli olduğunun anlaşılması, araştırmalara<br />
farklı bir boyut kazandırmıştır. Monogenik <strong>ve</strong><br />
oligogenik hastalıkların oluşmasında genetik, <strong>epigenetik</strong><br />
<strong>ve</strong> de novo mutasyonların katkısı olduğunu savunan<br />
MEGDI Modeli (mixed epigenetic and genetic and<br />
mixed de novo and inherited model) ileri sürülmüştür<br />
(Şekil 7) [10].<br />
DNA kalıtım mekanizmaları detaylı olarak bilinmekle<br />
birlikte, <strong>epigenetik</strong> profilin nasıl kalıtıldığı henüz<br />
açıklanamamıştır. 2003 yılında başlatılmış olan İnsan<br />
Epigenom Projesi (Human Epigenome Project)’nin<br />
tamamlanmasıyla <strong>epigenetik</strong> profilin aydınlatılması,<br />
kalıtım mekanizmasının anlaşılması <strong>ve</strong> <strong>epigenetik</strong> hastalıklar<br />
için yeni <strong>tedavi</strong> imkanlarının yaratılması mümkün<br />
olacaktır.<br />
Kaynaklar<br />
Epigenetik<br />
Kalıtsal<br />
Şekil 7. MEGDI model.<br />
MEGDI<br />
Model<br />
De novo<br />
Genetik<br />
1. Jiang Y, Bressler J, Beaudet LA. Epigenetics and human disease.<br />
Annu Rev Genet 2004; 5:479-510.<br />
2. Egger G, Liang G, Aparicio A, Jones AP. Epigenetics in human<br />
disease and prospects for epigenetic therapy. Nature<br />
2004; 429:457-63.<br />
3. Robertson DK. DNA methylation and human disease. Nature<br />
Rev Genet 2005; 6:597-610.<br />
4. Cooper MG, Hausman ER. The cell a molecular approach.<br />
3 rd ed. USA, 2004: 150-4.<br />
5. Klung SW, Cummings RM. Genetik kavramlar (concepts of<br />
genetics. 6. baskıdan çeviri, Çev. Ed. Öner C.). 2002: 434-42.<br />
6. Strahl DB, Allis D. The language of covalent histone modifications.<br />
Nature 2000; 403:41-5.<br />
7. Grant AP. A tale of histone modifications. Genome Biol<br />
2001; 2:1-6.<br />
8. Peterson LC, Laniel M. Histones and histone modifications.<br />
Curr Biol 2004; 14:546-51.<br />
9. Lizuka M, Smith MM. Functional consequences of histone<br />
modifications. Curr Opin Genet Dev 2003; 13:154-60.<br />
10. Peedicayil J. Epigenetic theraphy-a new de<strong>ve</strong>lopment in<br />
pharmacology. Indian J Med 2006; 123:17-24.<br />
11. Strachan T, Read PA. Human molecular genetics 3. USA,<br />
2004: 301-5.<br />
12. Walter J, Paulsen M. Imprinting and disease. Semin Cell<br />
Dev Biol 2003; 14:101-10.<br />
13. Fridman C, Koiffmann PC. Genomic imprinting: genetic<br />
mechanisms and phenotypic consequences in Prader-Willi<br />
and Angelman syndromes. Genet Mol Biol 2000; 4:715-24.<br />
14. Chandler PS, Kansagra P, Hirst CM. Fragile X (CGG)n repeats<br />
induce a transcriptional repression in cis upon a linked<br />
promotor: evidence for promotor mediated effect. BMC<br />
Mol Biol 2003; 4:1471-2199.<br />
15. Jones AP, Baylin BS. The fundamental role of epigenetic<br />
e<strong>ve</strong>nts in cancer. Nature Rev Genet 2002; 3:415-8.<br />
16. Miyamoto K, Ushijima T. Diagnostic and therapeutic applications<br />
of epigenetics. Jpn J Clin Oncol 2005; 35:293-301.<br />
17. Laird WP. The power and the promise of DNA methylation<br />
markers. Nature Rev Genet 2003; 3:253-66.<br />
18. Kaminkas E, Farrell TA, Wang CY, Sridhara R, Pazdur R. FDA<br />
drug approval summary: azacitidine (5-azacytidine, Vidaza)<br />
for injectable suspension. The Oncologist 2005; 10:176-82.<br />
19. Brueckner B, Lyko F. DNA methyltransferase inhibitors: old<br />
and new drugs for an epigenetic cancer therapy. Trends<br />
Pharmacol Sci 2004; 25:551-4.<br />
20. Marks AP, Miller T, Richon V. Histone deacetyalses. Curr<br />
Opin Pharmacol 2003; 3:344-51.<br />
21. Rosato RR, Grant S. Histone deacetylase inhibitors: insights<br />
into mechanisms of lethality. Expert Opin Ther Targets<br />
2005; 9:809-24.<br />
22. Lindemann KR, Johnstone WR. Histone deacetylase inhibitors:<br />
promising candidates for chemotherapeutic drugs. Gene<br />
Ther Mol Biol 2004; 8:61-74.<br />
23. Imamura-Takigawa H, Sekine T, Murata M, Takayama K,<br />
Nakazawa K, Nakagawa J. Stimulation of glucose uptake in<br />
muscle cells by prolonged treatment with scriptide, a histone<br />
deacetylase inhibitor. Biosci Biotechnol Biochem 2003;<br />
67:1499-509.<br />
24. Amber LM, Özcan S. Glucose regulates insulin gene transcription<br />
by hyperacetylation of histone H4. J Biol Chem<br />
2003; 278:19660-6.<br />
25. Colletti LS, Myers WR, Darkin-Rattray JS, et al. Broad spectrum<br />
antiprotozoal agents that inhibit histone deacetylase<br />
structure-activity relationships of apicidine. Bioorg Med<br />
Chem Lett 2001; 11:107-11.<br />
26. Andreassi C, Angelozzi C, Tiziano FD, et al. Phenylbutyrate<br />
increases SMN expression in vitro: relevance for treatment<br />
of spinal muscular atrophy. Eur J Hum Genet 2003; 12:1-7.<br />
27. Sumner CJ, Huynh TN, Markowitz JA, et al. Valproic acid<br />
increases SMN le<strong>ve</strong>ls in spinal muscular atrophy patient<br />
cells. Ann Neurol 2003; 54:647-54.<br />
28. Brichta L, Hofmann Y, Hahnen E, et al. Valproic acid increases<br />
the SMN2 protein le<strong>ve</strong>l: a well-known drug as a potential<br />
therapy for spinal muscular atrophy. Hum Mol Genet<br />
2003; 12:2481-9.<br />
29. Hockly E, Richon MV, Woodman B, et al. Suberoylanilide<br />
hydroxamic acid, a histone deacetylase inhibitor, ameliorates<br />
motor deficits in a mouse model of Huntington’s disease.<br />
Proc Natl Acad Sci USA 2003; 100:2041-6.<br />
54<br />
H ACETTEPE T IP D ERG‹S‹