重度の食事性メチル欠乏によってラット肝臓で誘導される核酸メチル化と遺伝子発現の変化の可逆性

以前に報告したように、DNAとTRNAの両方は、1週間ほどの期間、メチル欠損食（MDD）を促進したラットの肝臓で低メチル化されます。同じ期間内に、TRNAおよびDNAメチルトランスフェラーゼ（MTase）の活性が増加し、成長調節に役割を持っていると考えられているいくつかの遺伝子のmRNAのレベルが変化します。これらの食事誘発性核酸メチル化と遺伝子発現の変化は、MDDに4週間継続的に供給された場合、程度に増加しました。また、mRNAレベルが増加したいくつかの遺伝子内の特定のCCGG部位の低メチル化も観察されました。これらには、C-MYC、C-FOS、C-Ha-Rasが含まれていました。メチル化と遺伝子発現におけるそのような食事誘発性変化の可逆性を調査するために、動物に4週間MDDを与え、その後、適切なメチル基（CSD）を補充した食事を1〜3週間与えました。適切な食事の回復から1〜2週間後、これらのラットの肝臓からのtRNAおよびDNAのメチル化の全体的な程度は、CSDで継続的に維持されている年齢に合った動物の肝臓からのTRNAおよびDNAのそれと違いはありませんでした。同時に、肝臓内のMTaseの活性は通常の値に低下しました。研究されたすべての遺伝子のmRNAのレベルは、MDD給餌を終了してから3週間以内にコントロールレベルに戻りましたが、速度は異なります。対照的に、C-MYC、C-FOS、C-HA-RAS遺伝子のいくつかのHPAII部位のMDD誘発性低メチル化は、適切な食事の3週間の補充後に持続しました。これらの結果は、私たちが研究したパラメーターに対するMDDの効果のほとんどが急速に発生し、本質的に可逆的であることを示していますが、肝癌形成のプロモーターとしてのMDDの役割と一致しています。しかし、成長調節に役割を果たす遺伝子に持続するメチル化部位が持続するという発見は、MDDへの断続的または長期的な暴露が、過形成と腫瘍形成につながるいくつかの肝細胞の遺伝性表現型の変化をもたらすメカニズムを示唆しています。

As we have reported previously, both DNA and tRNA become hypomethylated in livers of rats fed a cancer promoting, methyl-deficient diet (MDD) for as short a period as one week. Within the same period, activities of tRNA and DNA methyltransferases (MTases) increase and levels of mRNAs for several genes believed to have roles in growth regulation are altered. These diet-induced changes in nucleic acid methylation and gene expression increased in extent when MDD was fed continuously for four weeks. We also observed hypomethylation of specific CCGG sites within several genes for which mRNA levels were increased. These included c-myc, c-fos and c-Ha-ras. To investigate the reversibility of such diet-induced alterations in methylation and gene expression, animals were fed MDD for four weeks, after which a diet supplemented with adequate sources of methyl groups (CSD) was fed for 1-3 weeks. One to two weeks after the restoration of an adequate diet, the overall extent of methylation of tRNA and DNA from livers of these rats did not differ from that of tRNA and DNA from livers of age matched animals continually maintained on CSD. At the same time, activities of MTases in the liver dropped to normal values. Levels of mRNAs for all genes studied returned to control levels within three weeks after ending MDD feeding, although at different rates. In contrast, MDD-induced hypomethylation of some HpaII sites in c-myc, c-fos and c-Ha-ras genes persisted after 3 weeks refeeding of an adequate diet. These results, which demonstrate that most of the effects of MDD on the parameters we have studied occur rapidly and are essentially reversible, are consistent with the role of MDDs as promoters of hepatocarcinogenesis. However, the finding that unmethylated sites persist in genes that play a role in growth regulation suggests a mechanism by which intermittent or long term exposure to MDDs could result in heritable phenotypic changes in some hepatocytes that lead to hyperplasia and tumorigenesis.