Differential DNA methylation depending on the parental origin is a typical epigenetic modification in genomic imprinting. Igf2 is a maternally imprinted gene linked to the paternally imprinted H19 on mouse chromosome 7, being expressed exclusively from the hypermethylated paternal allele of Igf2. Differential DNA methylation pattern on ICR (imprinting control region) located on 2kb upstream of H19 is allelically most distinctive among DMRs (differentially methylated region), i.e., DMR1 on Igf2 promoter and DMR2 on exon 4 - 6 of Igf2. An increased expression of human IGF2 and hypermethylation on the maternal allele of ICR cause Wilms’ tumor and colorectal cancers. In this study, we attempted to detect the early epigenetic changes in p53-deficient mice. The methylation status of ICR at Igf2/H19 loci was determined in p53 +/- and p53 -/- mice. Differential DNA methylation pattern of ICR on Igf2/H19 loci was disrupted in thymus of p53 +/- and p53 -/- mice. The 5’-ICR and 3’-ICR were hypomethylated and hypermethylated, respectively. “All-or-none” pattern of the DNA methylation in region A was corrupted with a tendency of hypomethylation upon decreasing dosages of p53. On the contrary, the DNA methylation pattern in region B was less corrupted than that in region A. Region B was rather methylated simultaneously in cis. The imprinted expression pattern of Igf2 and H19 were also disrupted in thymus of p53 +/- and p53 -/- mice. Igf2 expression was dramatically reduced in thymus of p53 +/- and p53 -/- mice. The repression of Igf2 well-correlates with hypomethylation of region A in thymus. The mRNA level of H19, a reciprocally imprinted gene, was also decreased in thymus of p53 -/- mice. Dnmt3L was dramatically repressed in the thymus of p53 +/- and p53 -/- mice, while the expression patterns of Dnmt1, Dnmt3a, and Dnmt3b in p53-deficient mice remained constant in the tissues tested. Impaired imprinting of Igf2/H19 and deregulated expression of DNA methylation machinery preferentially in thymus explain the prevalent development of malignant lymphoma in p53-deficient mice.
부계나 모계에 의존한 선별적 DNA 메틸화는 게놈 각인에 있어서 전형적인 후유전적 각색이다. Igf2는 생쥐 염색체 7번에 위치하고 부계 각인된 H19에 연결되고 있는 모계 각인된 유전자이며, 과메틸화된 부계 인자로부터 Igf2가 발현된다. Igf2 promoter 부분에 위치한 DMR1 (differentially methylated region)과 exon 4와 6 사이의 DMR2 등의 선별적 메틸화된 부분보다 H19 2 kb 앞 부분에 위치한 ICR (imprinting control region)이 가장 인자 특징적이다. 증가된 IGF2 발현과 ICR 모계 인자의 과메틸화 현상은 Wilms tumor와 대장 암을 일으킨다.
이 연구에서 우리는 p53이 결핍된 생쥐에서 Igf2/H19 위치에 있는 ICR의 메틸화 상태를 탐색하고자 하였다. p53 +/- 와 p53 -/- 생쥐 흉선에서 Igf2/H19 위치에 있는 ICR의 선별적 메틸화 양상이 변화되었다. ICR의 5’ 부분은 탈메틸화되었고, 3’ 부분은 과메틸화되었다. A 부분의 “모두 아니면 없음” DNA 메틸화 양상은 p53의 양이 감소됨에 따라 탈메틸화되는 경향으로 깨졌다. 이와 반대로, B 부분의 메틸화 양상은 A 부분에 비해 덜 깨졌다. B 부분은 한 가닥 내에서 동시적으로 메틸화 되었다. Igf2와 H19의 각인된 발현 양상도 또한 p53 +/- 와 p53 -/- 생쥐 흉선에서 변화되었다. Igf2의 발현은 p53 +/- 와 p53 -/- 생쥐 흉선에서 극적으로 감소되었다. Igf2의 억제는 흉선에서 A 부분의 탈메틸화 현상과 일치된 관계가 있다. 상반적으로 각인된 H19의 mRNA 양은 p53 -/- 생쥐 흉선에서 또한 감소되었다. Dnmt1, Dnmt3a, Dnmt3b의 p53이 결핍된 생쥐에서의 발현 양상은 조사된 모든 조직에서 변화가 없었으나, Dnmt3L은 p53 +/- 와 p53 -/- 생쥐 흉선에서 극적으로 억제되었다. 흉선에서 손상된 Igf2/H19 각인과 DNA 메틸화 관련 단백질들의 부적절한 조절이 p53이 결핍된 생쥐에서 자주 생기는 악성 백혈병을 설명할 수 있을 것이다.
