Der epigenetischen Deregulation von tumorassoziierten Genen kommt in der Pathogenese von Lungentumoren eine zentrale Bedeutung zu. Insbesondere sind CpG- und GC-reiche Sequenzen, die als CpG Inseln (CGI) bezeichnet werden, häufig aberrant methyliert. In der vorliegenden Arbeit wurden mittels Bisulfit-Konvertierung genomweite DNA-Methylierungsprofile von 480.000 CpGs in humanen Lungenkrebszelllinien und normalen bronchialen Epithelzellen generiert. Es zeigte sich, dass vor allem intra- und intergenische CGI in Lungenkrebszelllinien höher als in normalen Epithelzellen methyliert sind. Die funktionelle Annotation von lungenkrebsspezifisch hypermethylierten CGI ergab, dass diese signifikant mit Homöobox-Domänengenen und Genen, die in Stammzellen repressive H3K27me3 Histonmodifikation tragen, assoziiert sind. Zwischen den untersuchten Lungenkrebszelllinien zeigten sich sowohl bei der Analyse aller CpGs, als auch bei promotorassoziierten, intra- oder intergenischen CGI starke Unterschiede bei der Streuung der Methylierungsdaten und im mittleren Methylierungsniveau. Die stärksten Methylierungsdifferenzen zwischen verschiedenen Lungenkrebszelllinien konnten in zwei kb langen Übergangsbereichen von CGI, den sogenannten shores festgestellt werden. Im Gegensatz dazu lagen in normalen Lungenzellen kaum Schwankungen der shore-Methylierung vor. Interessanterweise konnte eine Korrelation zwischen der Transkriptionsrichtung (5´-3´) und der Methylierung von CGI nachgewiesen werden. Dabei zeigte sich, dass 5´-shores von Transkriptionsstart-assoziierten CGI in Lungenkrebszelllinien und normalen Lungenzelllinien signifikant höher (p <
0,001) methyliert sind als 3´-shores. Diese shore-spezifische Hypermethylierung konnte anhand der Promotor-CGI des Tumorsuppressorgens Ras Association Domain Family 1A (RASSF1A) in Lungentumoren verifiziert werden. Weiterhin zeigte sich auf Grundlage der genomweiten DNA-Methylierungsprofile von Lungenkrebszellen, dass downstream gelegene CGI-Promotoren innerhalb von zwei Tandem-orientieren Genen, eine Prädisposition zur Hypermethylierung aufwiesen. Die Intensität der CGI-Hypermethylierung korrelierte signifikant mit der Länge des intergenischen Bereichs zwischen solchen Tandemgenen. Da das RASSF1A Gen ebenfalls als ein downstream gelegenes Tandemgen vorliegt, wurde der epigenetische Inaktivierungsmechanismus des RASSF1A Promotors mit Hilfe eines induzierbaren Tandemreporter-Assays untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Induktion der Transkription eines upstream gelegenen Reportergens zu einer Repression des downstream gelegenen Gens und zu einer Deacetylierung der Histone im RASSF1A-Promotorbereich kommt. Als Faktoren, die an der Ausbildung dieses repressiven Effekts beteiligt sind, konnten HDAC6 und CPSF1 identifiziert werden. In Lungenkrebszellen ließ sich außerdem eine tumorspezifische Zunahme der Expression von Histondeactylasen, Faktoren des Polycomb-repressiven Komplexes und der DNA-Methylierungsmaschinerie im Vergleich zu normaler Lungen nachweisen. Um die therapeutische Wirkung von DNA-Methyltransferase/DNMT-Inhibitoren zu analysieren, wurden Lungenkrebszelllinien vier Tage lang mit den Cytosin-Analoga Zebularin bzw. 5-Aza-2´-Desosxycytidin (5-Aza-2´-dC) behandelt. Durch den Einsatz von Zebularin konnte eine stärkere Hemmung der Zellproliferation als durch 5-Aza-2´-dC erzielt werden. Die Demethylierungseffizienz einer 200 microM Zebularin Behandlung war jedoch signifikant niedriger als die von 5 micro M 5-Aza-2´-dC. Der Vergleich von demethylierten CpGs nach Zebularin- und 5-Aza-2´-dC-Behandlung ergab eine signifikante Überschneidung gemeinsam demethylierter CpGs. Die Analyse der Methylierungsprofile der Lungenkrebszelllinien führte zur Identifizierung von aberrant methylierten Genen. In einem weiteren Teil der Arbeit wurde die tumorspezifische Hypermethylierung des ATP-binding cassette sub-family B member 4 (ABCB4) Transporters verifiziert. Bei einer umfassendenMethylierungsanalyse von verschiedenen Krebsentitäten konnte eine Hypermethylierung des ABCB4 CGI-Promotors in Lungen-, Brust-, Hals- und Kopfkrebszellen festgestellt werden. Diese Methylierung war mit einer Reduktion der ABCB4 Genexpression verbunden und konnte unter Verwendung von DNMT-Inhibitoren reaktiviert werden. In murinen Krebszelllinien wurde ebenfalls eine krebsspezifische epigenetische Inaktivierung von Abcb4 detektiert werden. Eine Überexpression von ABCB4 in humanen Lungenkrebszelllinien zeigte einen repressiven Effekt auf die Kolonieformation und die Zellproliferation. Im Rahmen dieser Arbeit wurden epigenetischen Regulationsmechanismen, die bei der Inaktivierung von tumorassoziierten Genen involviert sind, in Lungenkrebs identifiziert. Die Bedeutung der Befunde konnten anhand von verschiedenen Genen und Chromatin-assoziierten Faktoren verifiziert werden.
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