第七卷 第七期 - 2009年二月二十日
DNA雙股斷裂修補變異參與台灣肺癌形成之機制探討
李明霓1、曾若嘉1、許瀚水2、陳家揚1、禚靖3、何威廉4王憶卿5,*

1師大生命科學系
2台北榮總胸腔外科
3三軍總醫院胸腔外科
4台中榮總病理部
5國立成功大學醫學院藥理學科暨藥理學研究所
ycw5798@mail.ncku.edu.tw

Clinical Cancer Research 2007;13:832-838.
SCI 6.250、Ranking 15/132 (11%) in “Oncology”

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實驗室先前使用了177個微衛星標竿 (Microsatellite marker) 偵測71位台灣非小細胞肺癌 (non-small cell lung cancer, NSCLC) 病人全基因體異質性喪失 (Genome-wide LOH),研究結果發現,71位病人發生LOH的總平均值為35.4%;由於目前認為DNA雙股斷裂修補異常會造成LOH,進而引起基因體不穩定性提升,因此暗示了肺癌病人的基因體具有高度的不穩定性。所以本研究想要了解這些DNA雙股斷裂修補基因 (DSBR genes) 若發生變異,是否參與台灣地區非小細胞肺癌病人肺癌形成。在本研究中,檢查了三個DSBs修補基因BRCA1BRCA2XRCC5之DNA、RNA和蛋白質層面的變異情形;BRCA1BRCA2參與homologous recombination (HR),而XRCC5參與non-homologous end-joining (NHEJ)。

利用免疫組織染色法,分析98位NSCLC病人的癌組織切片之BRCA1、BRCA2和XRCC5蛋白表現,實驗結果顯示:37%、34%及21%其癌組織切片之癌細胞,分別判定為BRCA1、BRCA2和XRCC5蛋白無表達或低表達的病人;另外在病歷資料分析方面,發現BRCA1 或 BRCA2蛋白低表達或不表達的情形,與肺腺癌 (adenocarcinoma, AD) 病人相關 (P=0.014);而XRCC5蛋白低表達或不表達的情形,與鱗狀上皮肺癌 (squamous cell carcinoma, SCC) 病人相關 (P=0.058) (表一)。
表一、BRCA1/BRCA2/XRCC5 之蛋白質變異與肺癌病人臨床相關性

由於p53抑癌蛋白與DNA傷害反應有關,而RB抑癌蛋白與細胞週期調控有關,因此,我們更進一步探討p53蛋白及RB蛋白變異與DSBs修補蛋白BRCA1、BRCA2和XRCC5變異之間的相關性。利用免疫組織染色法,分析81位NSCLC病人的癌組織切片之p53蛋白及RB蛋白表現,在經過與BRCA1、BRCA2和XRCC5變異交叉比對後發現:BRCA1與RB蛋白變異較好發於肺腺癌病人(P=0.020);而XRCC5蛋白低表現與p53蛋白過度表達較好發於吸煙之鱗狀上皮肺癌病人(P=0.084) (表二)。
表二、BRCA1/BRCA2/XRCC5 之蛋白質變異與RB/p53蛋白質變異之相關性

實驗結果亦顯示BRCA1、BRCA2和XRCC5蛋白無表達或低表達的病人與其基因之啟動子過度甲基化有高度的相關性,使我們推測啟動子過度甲基化可能是導致BRCA1BRCA2XRCC5基因不表現的主要機制。因此我們以原本即是BRCA1、BRCA2蛋白不表現且其基因啟動子過度甲基化的CL1-5F4肺癌細胞株,以DNA甲基化抑制劑5’-aza-2’-deoxycytidine (5’-Aza-dC) 處理,研究結果顯示:當細胞處以5’-Aza-dC之後,會使CL1-5F4細胞株的BRCA1BRCA2 mRNA表現量上升 (圖一A)、BRCA1BRCA2基因啟動子去甲基化 (圖一B)、以及CL1-5F4細胞在洋菜膠上形成群落生長能力 (Anchorage-independent growth) 降低 (P < 0.001) (圖一C)。因此我們推論:BRCA1BRCA2基因啟動子甲基化確實會對其mRNA造成低表現的影響與致癌能力造成上升的影響。
圖一、5’-Aza-dC處理CL1-5F4細胞株對於BRCA1BRCA2 mRNA表現量上升 (A)、BRCA1BRCA2基因啟動子去甲基化 (B) 及洋菜膠上形成群落生長能力 (Anchorage-independent growth) 降低 (C) 的影響。

由於肺癌難以早期偵測,開刀成功率或化療效性皆不理想,導致死亡率偏高,又鑒於肺是一個會直接接觸空氣中物質的臟器,一些空氣污染物容易進入肺臟,再加上許多肺癌患者有抽煙或接觸環境中致癌因子,也可能造成肺細胞發生DNA雙股斷裂,倘若DSBs修補基因又有變異,形成癌症的機率非常高,因此研究DSBs修補基因在肺癌患者中的變異情形,是非常重要之課題。我們將DSBs修補系統中所研究的三個基因,與癌症種類及p53/RB蛋白變異做統整的分析,結果發現,BRCA1與RB蛋白變異較好發於肺腺癌病人;而XRCC5蛋白低表現與p53蛋白過度表達較好發於鱗狀上皮肺癌病人。啟動子甲基化為BRCA1、BRCA2和XRCC5蛋白無表達或低表達蛋白表達之主要機制 (圖二)。
圖二、DNA雙股斷裂修補變異參與台灣肺癌形成之機制。啟動子甲基化為BRCA1、BRCA2和XRCC5蛋白無表達或低表達蛋白表達之主要機制;BRCA1與RB蛋白變異較好發於肺腺癌病人;而XRCC5蛋白低表現與p53蛋白過度表達較好發於鱗狀上皮肺癌病人。這些DNA雙股斷裂修補蛋白 (Caretaker) 變異與p53蛋白及RB蛋白 (Gatekeeper) 變異同時發生時,則會造及基因體不穩定,進而分別造成肺腺癌與鱗狀上皮肺癌。
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