Altered expression of epigenetic modulators involved in cisplatin resistance of ovarian cancer

Abstract

Ovarian cancer is the most fatal gynecologic malignancy with its high risk of late diagnosis and recurrence. The underlying mechanism of the resistance is not fully understood. We investigated genome-wide patterns of DNA methylation and expression in seven ovarian cancer cell lines that have different sensitivity to cisplatin and analyzed the methylated probes. Distinct DNA methylation patterns were observed in cisplatin resistant cell lines (RCs), compared with sensitive cell lines (SCs). Hypermethylation in RCs was enriched at the regulatory regions such as promoters and enhancers, while hypomethylation was spread across the genome nonspecifically. To understand the characteristic of differential methylated probes, we analyzed motifs enriched in the differential methylated probes. The HIF1A binding-site (RCGTG) was significantly enriched in hypermethylated probes based on sequence consensus and the binding sites of EZH2 and SUZ12 appeared significantly in genes carrying hypermethylation based on the ENCODE ChIP-Seq Significance analysis. However, hypomethylated genes were not related transcription factor, only related GMEB2 motif sequence. To identify putative drivers for the DNA methylation pattern, we analyzed expression patterns of epigenetic modulating enzymes (215 genes). Aberrant expressions of TET1 and UHRF1 as DNA methylation modulators and histone demethylases such as KDM1B and KDM4D possibly involve in silenced tumor suppressor genes and participate in cisplatin-resistant phenotype. Among the genes carrying DNA aberrations, a subset of genes including DLX5 and MTA3 were selected as candidates that might be involved in acquisition of cisplatin-resistance phenotypes, according to expression analysis. However, further functional study is needed to determine whether the candidate genes have a direct function on cell survival upon cisplatin exposure was not proven. Also, it is necessary to verify the possibility whether the silencing of the genes is directly driven by changes in DNA methylation or histone modification.;난소암은 국제사회와 우리나라에서 사망율이 높은 부인과 암으로서, 초기 치료 후 재발률이 높고 항암제에 내성을 가지는 경우가 많아 치료에 어려움을 겪고 있다. 많은 연구들이 항암제 내성에 관여하는 기전을 밝혀내기 위해 노력했지만, 정확한 기전은 아직 밝혀지지 않았다. 따라서 본 연구는 난소암세포 중 항암제에 내성을 가지는 저항성 세포군과 반응성이 좋은 민감성 세포군을 모델로, 전장적인 유전자 발현량과 메틸롬 분석을 통해 저항성 세포군이 가지고 있는 특징을 밝혀내고자 하였다. 또한, 유전자의 염기서열이나 히스톤 단백질에 메틸기를 조절하여 유전자 발현에 영향을 준다고 알려져 있는 후생유전적 유전자들의 발현량을 분석하여 저항성 세포군이 가지고 있는 후생유전적 패턴을 밝혀내고자 하였다. 본 실험 결과, 저항성 세포군에서 전장적인 저메틸화 현상이 발견되었고, 특정 프로모터나 인핸서등 조절부위에서 특화된 과메틸화 현상을 찾아볼 수 있었다. 특히, 과메틸화 된 부위에서 특이적으로 HIF1A, EZH2와 같은 전사조절인자의 결합하는 부분에 메틸화가 일어난 것을 발견할 수 있었다. 흥미롭게도, 저항성 세포군에서 메틸화된 염기서열을 수산화기로 치환해 염기서열의 탈메틸화현상에 관여한다고 알려진 TET1 유전자의 발현이 저하되어 있었다. 저발현된 TET1 유전자는 프로모터 부위의 메틸화현상을 축적시키고, 이와 함께 히스톤 단백질의 메틸기를 조절하는 KDM1B, KDM4D 유전자가 이상 발현되어, 유전자 발현을 억제하는 현상이 저항성 세포군에서 발생될 것으로 보이며, 이와 같은 결과는 향후 기능적 연구를 통해 규명되어야 할 것으로 사료된다.