Reactive oxygen species-induced global DNA hypomethylation in bladder cancer is mediated via increased formation of 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine

การลดลงของระดับเมทิลเลชั่นบนดีเอ็นเอที่ถูกกระตุ้นด้วยอนุพันธ์ออกซิเจนที่ว่องไวในมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ ผ่านการเพิ่มขึ้นของ 8-ไฮดรอกซี-2'-ดีออกซีกัวโนซีน

Name: Patcharawalai Whongsiri

keyword: Methylation

; Oxidative stress

; Bladder Cancer

Abstract: Oxidative stress, as a consequence of the elevated reactive oxygen species (ROS), has been implicated in various chronic diseases including cancers by, for examples, causing oxidative DNA damage and altering epigenetic regulation. Long interspersed element-1 (LINE-1) is an only active retrotransposable elements in human DNA, comprising up to 17% of the whole genome. LINE-1 hypomethylation is reported in bladder cancer and evidently it is a consequence of oxidative stress. In this study, we investigated the expression of 5-methylcytosine (5-mC), 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG), LINE-1-endoced protein (ORF1p), histone H3K9me3 and HP1 alpha in bladder cancer tissues. Mechanistic insight into how oxidative stress affected DNA methylation and histone modifications that further caused aberrant expression of LINE-1 elements in bladder cancer cells was also explored. Elevated expression of 8-OHdG, decreased 5-mC expression, upregulation of ORF1p expression, and increase in histone H3K9me3 expression were observed in bladder cancer tissues, indicating increases in oxidative stress and epigenetic alterations. The in vitro study in bladder cancer cell lines revealed that LINE-1 hypomethylation was occurred through the oxidative DNA damage on LINE-1 promoter. Based on ChIP experiments, oxidative stress disturbed histone modification patterns, especially on LINE-1 promoter. Enrichments of histone H3K4me3 and H3K18Ac at LINE-1 promoter were increased in ROS-treated cells compared to the untreated control. In addition, ROS-treated bladder cancer cells had migration and invasion capability greater than the untreated control cells. In conclusion, elevated formation of oxidative DNA lesions, overexpression of ORF1p, and alteration of chromatin modification were shown in human bladder cancer tissues. Experimentally, oxidative stress induced by ROS caused hypomethylation of LINE-1 and enrichment of active chromatin marks at LINE-1 promoter. These, at least in part, led to increased expression of LINE-1 ORF1p protein. The current findings suggest that LINE-1 reactivation by oxidative stress promotes bladder cancer progression. Therefore, downregulation of LINE-1 expression and attenuation of oxidative stress could be potential targets for bladder cancer therapy in the future.

Abstract: ภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นซึ่งเกิดจากการเพิ่มขึ้นของอนุพันธ์ของออกซิเจนที่ว่องไวมีความเกี่ยวข้องกับการเกิดโรคเรื้อรังหลายชนิด รวมทั้งโรคมะเร็ง โดยมีความเกี่ยวข้องผ่านการทำให้เกิดความเสียหายต่อดีเอ็นเอ หรือส่งผลให้การควบคุมการแสดงออกของยีนในระดับเหนือพันธุกรรมผิดปกติไป Long interspersed element-1 หรือ LINE-1 เป็น retrotransposible elements ที่ยังคงทำงาน และพบมากถึง 17% ในพันธุกรรมของมนุษย์ การศึกษาก่อนหน้าพบรายงานการลดลงของระดับเมทิลเลชั่นบนดีเอ็นเอบริเวณ LINE-1 ในมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ และจากหลักฐานพบว่าการลดลงของระดับเมทิลเลชั่นบนดีเอ็นเอบริเวณ LINE-1 นี้เป็นผลมาจากภาวะเครียดจากออกซิเดชั่น ในการศึกษานี้ ผู้วิจัยได้ศึกษาระดับการแสดงออกของ 5-methylcytosine (5-mC), 8-hydroxyguanosine (8-OHdG), โปรตีนที่ถูกสร้างจาก LINE-1 (ORF1p), histone H3K9me3 และ HP1 alpha ในเนื้อเยื่อมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ นอกจากนี้ ยังทำการศึกษาถึงกลไกของภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นที่ส่งผลต่อระดับเมทิลเลชั่นบนดีเอ็นเอและการเปลี่ยนแปลงหมู่โปรตีนฮิสโตน ซึ่งนำไปสู่การแสดงออกที่ผิดปกติของ LINE-1 ในเซลล์มะเร็งกระเพาะปัสสาวะ ผลการศึกษาพบระดับการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของ 8-OHdG, การลดลงของ 5-mC, การเพิ่มขึ้นของโปรตีน ORF1p และการเพิ่มขึ้นของฮิสโตน H3K9me3 ในเนื้อเยื่อมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ ซึ่งเป็นการบ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นของภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นและความผิดปกติของการควบคุมการแสดงออกของยีนในระดับเหนือพันธุกรรม การศึกษาในเซลล์มะเร็งกระเพาะปัสสาวะพบว่า การลดลงของระดับเมทิลเลชั่นบนดีเอ็นเอบริเวณ LINE-1 เกิดผ่านการเพิ่มขึ้นของดีเอ็นเอที่เสียหายบริเวณ LINE-1 promoter จากการทดลองด้วยเทคนิค ChIP พบว่าภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นส่งผลทำให้รูปแบบการเปลี่ยนแปลงหมู่โปรตีนฮิสโตนเปลี่ยนแปลงไป โดยเฉพาะบริเวณ LINE-1 promoter โดยพบว่าระดับของฮิสโตน H3K4me3 และ H3K18Ac บริเวณ LINE-1 promoter เพิ่มขึ้นในเซลล์ที่กระตุ้นด้วย ROS เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม นอกจากนี้ เซลล์ที่ถูกกระตุ้นด้วย ROS ยังมีระดับ cell migration และ cell invasion ที่สูงขึ้นเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมด้วย จากการศึกษาสรุปได้ว่า ในเนื้อเยื่อมะเร็งกระเพาะปัสสาวะพบการเพิ่มขึ้นของความเสียหายของดีเอ็นเอ การเพิ่มขึ้นของโปรตีน ORF1p และความผิดปกติของการเปลี่ยนแปลงหมู่โปรตีนฮิสโตน การทดลองในเซลล์มะเร็งกระเพาะปัสสาวะพบว่า ภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นที่ถูกกระตุ้นอนุพันธ์ออกซิเจนที่ว่องไวส่งผลให้เกิดการลดลงของระดับเมทิลเลชั่นบนดีเอ็นเอบริเวณ LINE-1 และส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นของ active chromatin marks บริเวณ LINE-1 promoter ส่งผลให้เกิดการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของโปรตีน ORF1p การศึกษาในครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าการเกิด LINE-1 reactivation ที่ถูกกระตุ้นจากภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นส่งผลให้เกิดการลุกลามของมะเร็งกระเพาะปัสสาวะ ดังนั้น การยับยั้งการแสดงออกของโปรตีน ORF1p และการยับยั้งการเกิดภาวะเครียดจากออกซิเดชั่นน่าจะสามารถนำมาใช้เป็นเป้าหมายในการรักษามะเร็งกระเพาะปัสสาวะได้ในอนาคต

Chulalongkorn University. Office of Academic Resources

Address: BANGKOK

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: Chanchai Boonla

Role: advisor

Name: Siriporn Chuchawankul

Role: advisor

Name: Depicha Jindatip

Role: advisor

Created: 2017

Modified: 2020-07-14

Issued: 2020-07-14

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/60746

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Medical Biochemistry

Grantor: Chulalongkorn University

©copyrights Chulalongkorn University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5674763330.pdf	7.54 MB

ใช้เวลา

0.021645 วินาที