Gene expression of both normal and cancer cell is tightly regulated by specific transcription regulators and epigenetic mechanisms such as DNA methylation, histone modifications (acetylation, methylation, phosphorylation), nucleosome remodeling and non-coding RNAs. Deregulation of epigenetic mechanisms plays a pivotal role in cancer, although researchers debate if it is a cause or a consequence of oncogenic transformation. Independently from the way in which epigenetic alterations arise in cancer, downstream effects will result in profound changes in transcriptomic and subsequently proteomic profiles. In most cases, changes in expression of epigenetic genes produce functional advantages in cell proliferation, tumor growth and/or migration capacity. Most of epigenetic changes in cancer are triggered by genomic alterations in specific genes that are involved in controlling one of the epigenetic mechanisms. However, there are also mutations in cell metabolism-related genes that affect activities of DNA demethylating enzymes and histone modifiers. Histone modifications are deregulated in cancer mostly due to alterations in genes coding for enzymes that attach or remove histone modifications. Mutations in genes coding for nucleosome remodelers result in aberrant global chromatin organization and facilitate subsequent global alterations of gene copy number or translocations. Recent advancements in next generation sequencing allowed for more precise mapping of global changes in the epigenetic landscape in cancer.
Ekspresja genów w komórkach jest ściśle kontrolowana i podlega regulacji m.in. za pomocą mechanizmów epigenetycznych takich jak metylacja DNA, modyfikacje histonów, pozycjonowanie nukleosomów czy niekodujące RNA. Deregulacja mechanizmów epigenetycznych odgrywa kluczową rolę w procesie nowotworzenia, przy czym naukowcy spierają się czy zjawisko to jest przyczyną czy też konsekwencją rozwoju nowotworu. W wyniku deregulacji mechanizmów epigenetycznych w komórce następują głębokie zmiany w ekspresji genów zarówno na poziomie RNA jak i białka. W wyniku zmian epigenetycznych dochodzi najczęściej do zwiększonej proliferacji komórek, wzrostu nowotworu i przerzutowania. Większość zmian epigenetycznych w komórce takich jak nieprawidłowe wzory metylacji DNA czy modyfikacji histonów jest wynikiem mutacji w genach odpowiedzialnych za ich wprowadzanie lub usuwanie. Mutacje w genach regulujących pozycjonowanie nukleosomów prowadzą do zmian w organizacji genomu w jądrze, a w konsekwencji do mutacji na poziomie chromosomu, takich jak translokacje czy zmiany liczby kopii genu w komórce. Ponadto, zaobserwowano również mutacje w genach metabolizmu komórkowego, które mogą wpływać na aktywność genów odpowiedzialnych za demetylację DNA lub modyfikacje histonów. Rozwój technik sekwencjonowania cało genomowego umożliwił poznanie globalnych zmian w profilu epigenetycznym komórek nowotworowych.