Liver cancer development follows a multistep process that includes epigenetic changes beginning at the initiation stage, changes that have been studied for their potential diagnostic value. Here, we examined long-term, cancer-associated epigenetic changes during carcinogenesis using a mouse model of liver cancer. WW45-haploinsufficient (WW45+/-) mice developed liver cancer after 12 months due to dysregulation of the Hippo pathway and consequent Yap overexpression. There was no pathological sign of neoplastic regions in the livers of 10-month-old WW45+/-mice but whole gene expression patterns statistically proved the resemblance between 10-month-old livers and hepatomas from WW45+/-mice. We found epigenetic features in the livers of 10-month-old WW45+/-mice which were already distinctive from the wild-type counterparts prior to tumorigenesises. H19 ICR showed loss-of-imprinting in two steps and allelic histone marker signature during tumorigenesis showed similarity with ES cells. Progressive cancer pathognomonic global hypomethylation was a characteristic post-10-month feature and was well reflected in retrotransposons. Heterochromatic histone modifications also decreased in retrotransposons after 10 month in the liver of WW45+/-mice. This study showed potential epigenetic features for cancer prognostic use and supported the epigenetic progenitor model of cancer.
종양의 성장은 여러 단계에 걸쳐 일어나며 여기에는 유전적 변이와 후생유전학적 변이가 함께 일어난다. 종양의 발생 초기에 일어나는 변화에 대한 연구 결과는 종양 생물학에 새로운 정보를 제공할 뿐 아니라 조기 진단 방법에 응용될 가능성을 가지고 있다. 이러한 관점을 가지고 많은 연구가 진행되었으며, 그 결과 종양의 가장 초기에 생긴 후생유전학적 이상이 종양의 성장에 유리한 환경을 제공하여 암발생의 감수성을 높인다는 것이 밝혀졌다. 그러나 종양이 병리학적 이상을 보이기 이전에 일어나는 후생유전학적 현상을 관찰하기에는 암환자 샘플로 진행하는 연구에는 한계가 있었다. 본 연구에서는 간암 발생이 시기적으로 예측가능한 새로운 생쥐 모델을 이용하여 종양 발생 이전의 후생유전학적 변화에 대해 연구하였다.
12개월이 지나 간암이 생기는 WW45+/- 생쥐에서 10개월의 간은 H&E analysis를 통해본 결과 아직은 병리학적 이상을 보이지 않았다. 그러나 이미 전체적인 유전자 발현 상황은 간암 상태와 비슷하다는 것이 microarray 결과를 바탕으로 실행한 hierarchical clustering으로 확인되었다. 따라서 우리는 이 시기를 후생유전학적 이상이 생기는 종양 발생의 초기로 지정하고 특징 조사에 주력하였다. 전체적인 DNA methylation의 감소는 암의 전형적인 후생유전학 특징 중 하나이다. H19 ICR의 DNA methylation은 간암에서는 hypomethylation이나 10개월에는 hypermethylation을 보여, 간암의 발생과정에서 두 단계의 LOI (loss of imprinting)로 진행되는 것을 발견했다. 특히 암 발생 초기에 H19 ICR의 allelic histone modifications H3K4me3, H3K9me3, H3K20me3의 signature는 ES cell의 것과 비슷하여 cancer stem cell 이론을 지지하였다. Global hypomethylation이 일어나는 주요 부위인 repetitive elements에서의 DNA methylation 변화를 조사한 결과 WW45+/- 간암의 경우 retrotranposons에서 그 변화가 가장 두드려졌다. 특히 retrotransposons에서 DNA methylation이 감소하는 동안 heterochromatic repressive histone markers H3K9me3, H3K20me3들도 줄어들었다. 그 중 H3K9me3 modification내에서 암 발생 과정에 특이적인 DNA methylation의 변화가 가장 잘 보존되어 있었다. Repetitive elements에서의 이러한 변화 상황은 statistical analysis를 통해서도 DNA methylation과 H3K9me3 modification의 변화 관련성이 확인되었다. 그리고 이러한 특징이 만들어지는데 관여하는 것으로 추측되는 DNA methyltraseferases Dnmt3a/3b와 histone methyltransferase Eset, histone demethylase LSD1, Jmjd1a/2a/2c를 찾아내었다. 간암이 진단 가능한 시기 이전에 나타나는 이러한 후생유전학적 특징들에 대한 연구는 간암의 조기 발견과 치료법 개발에 중요한 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.
