Interactions between epigenetics and metabolism in cancers

Abstract

Cancer progression is accompanied by widespread transcriptional changes and metabolic alterations. While it is widely accepted that the origin of cancer can be traced to the mutations that accumulate over time, relatively recent evidence favors a similarly fundamental role for alterations in the epigenome during tumorigenesis. Changes in epigenetics that arise from post-translational modifications of histones and DNA are exploited by cancer cells to upregulate and/or downregulate the expression levels of oncogenes and tumor suppressors, respectively. Although the mechanisms behind these modifications, in particular how they lead to gene silencing and activation, are still being understood, most of the enzymatic machinery of epigenetics require metabolites as substrates or cofactors. As a result, their activities can be influenced by the metabolic state of the cell. The purpose of this review is to give an overview of cancer epigenetics and metabolism and provide examples of where they converge.

The ketogenic diet for the treatment of malignant glioma

“…The epigenome describes the collection of abnormal heritable changes in gene activity that are not caused by changes in the DNA sequence ( 60 ). These modifi cations include chromatin remodeling, histone modifi cations, DNA methylation, and microRNA pathways; all of which have now been linked to metabolism in many cancers, including brain tumors ( 61,62 ) ( 63,64 ). A recent study suggests that ␤ -hydroxybutyrate, the major ketone that is increased in the blood in animals and patients on the UKD, can alter the epigenetic landscape in mammalian cells by inhibiting histone deacetylase ( 65 ).…”

Epigenetic modifications and gene expression in cancerogenesis

“…Można wysunąć hipotezę, iż na przykład polimorfizmy czy mutacje "ciche" nie muszą wnosić innej/nowej informacji "kodującej", ale poprzez wpływ na strukturę pierwszorzędową materiału genetycznego mogą współoddziaływać ze zmianami epigenetycznymi, a tym samym wpływać na ekspresję genów. Należy podkreślić, że w przeciwieństwie do mutacji, modyfikacje epigenetyczne są odwracalne i w rezultacie mogą być modyfikowane poprzez zastosowanie celowanych terapii epigenetycznych [2,3,4]. O tym, iż modyfikacje epigenetyczne są zmianami regulującymi ekspresję genów, świadczy między innymi często opisywany w literaturze proces modyfikacji DNA o charakterze metylacji w regionach promotorowych genów.…”

“…Pełni ona ważną rolę w kopiowaniu wzoru metylacji DNA na nowo syntetyzowanej nici DNA podczas procesu replikacji. Biorąc pod uwagę znaczenie replikacji DNA, ekspresja DNMT1 podlega ścisłej regulacji w czasie trwania cyklu komórkowego, osiągając maksymalny poziom w fazie S [4,9]. DNMT3a i DNMT3b są to metylotransferazy odgrywające kluczową rolę w metylacji de novo.…”

“…DNMT3a i DNMT3b są to metylotransferazy odgrywające kluczową rolę w metylacji de novo. Odpowiadają za określenie specyficznego wzoru metylacji DNA podczas rozwoju [4,8]. Niezbędna dla aktywności enzymatycznej metylotransferaz DNMT3a i DNMT3b jest metylotransferaza DNMT3L, która sama nie posiada aktywności katalitycznej [8,9].…”

Coordination of Nutrient Availability and Utilization by MAX- and MLX-Centered Transcription Networks

“…Determining the site of action for a-KG-dependent repression of TXNIP and whether a-KG or an a-KG-derived metabolite is sufficient for TXNIP repression will help clarify this mechanism. A second possibility stems from a-KGs role as a cofactor for a number of dioxygenases that have established roles in controlling gene expression or emerging roles in controlling epigenetics (DeBerardinis and Thompson 2012; Yun et al 2012). This may potentially lead to TXNIP repression through a more indirect mechanism.…”