Metilare

Termenul metilare este utilizat în chimie pentru a defini adăugarea sau substituirea unei grupări metil pe diferite substraturi . Este un termen frecvent utilizat în chimie, biochimie și științe ale vieții.

În chimia organică, metilarea se referă în mod specific la înlocuirea unui atom de hidrogen cu gruparea metil.

În sistemele biologice, metilarea este catalizată de enzime ; această metilare poate fi implicată în modificarea metalelor grele, în reglarea expresiei genelor și a funcționalității proteinelor, precum și în metabolismul ARN-ului. Metilarea metalelor grele poate apărea și în afara sistemelor biologice.

Metilare biologică

Epigenetica

Metilarea care contribuie la moștenirea epigenetică poate avea loc prin metilarea ADN-ului sau a proteinelor.

Metilarea ADN-ului la vertebrate are loc în mod obișnuit la situsurile CpG (citozină-fosfat-guanină; care apare atunci când citozina este urmată direct de o guanină în secvența ADN); această metilare are ca rezultat conversia citozinei în 5-metilcitozină . Formarea Me-CpG este catalizată de enzima ADN metiltransferază . Siturile CpG sunt mai puțin frecvente în genomul nevertebratelor, în timp ce sunt adesea găsite cu o densitate mai mare în promotorii genelor vertebrate, unde sunt denumite în mod colectiv insule CpG . Starea de metilare a acestor situri CpG poate avea un impact sever asupra activității / expresiei genei . La mamifere au fost recunoscute diferite tipuri de ADN metiltransferaze: DNMT3A și DNMT3B, metiltransferaze de novo esențiale pentru stabilirea unor noi modele de metilare pe ADN nemetilat; DNMT1, ADN metiltransferază de întreținere, esențială în menținerea modelelor de metilare în timpul replicării, deoarece acestea sunt capabile să metileze catenele de ADN hemimetilate; DNMT2, care are o activitate minimă, și DNMT3L, o ADN metiltransferază asociată cu activitatea DNMT3A și DNMT3B. ^[1]

Modelul de metilare a ADN- ului din hipocampus este sensibil la mediu chiar și la persoanele adulte, iar evenimentele de metilare-demetilare joacă un rol fundamental în memoria și procesele de învățare. Este plauzibil să ne gândim că gradul de metilare a ADN- ului se poate schimba pe parcursul vieții și reprezintă mijloacele prin care mediul poate modela genomul și influența fenotipul .

Metilarea proteinelor , pe de altă parte, se manifestă în mod specific prin modificarea chimică a proteinelor histonice (H2A, H2B, H3 și H4) care contribuie la formarea structurii cilindrice caracteristice, în jurul căreia se înfășoară ADN - ul , dând naștere la ceea ce este definit ca nucleozom . Acest eveniment are loc , de obicei , pe de amino acizi resturi de arginină sau lizină în secvența proteinei. Arginina poate fi metilată o dată (arginină monometilată) sau de două ori, cu ambele grupări metil pe un singur azot terminal (arginină dimetilată asimetrică) sau una pe ambii nitrogeni (arginină dimetilată simetrică) prin peptidilarginină metiltransferază (PRMT). Lizina poate fi metilată o dată, de două ori sau de trei ori prin lizină metiltransferază . Transferul grupării metil de la S-adenosil metionină la histone este catalizat de enzime cunoscute sub numele de histone metiltransferaze , care catalizează această modificare chimică mai frecvent la nivelul histonelor H3 și H4. Histonele care sunt metilate pe anumite reziduuri pot acționa epigenetic pentru a reprima sau activa expresia genelor. Metilarea proteinelor este un tip de modificare pre-transcripțională .

Metilarea și expresia genelor

Metilarea reprimă expresia genelor, rezultând o compactare mai mare între ADN și histone.

Evenimentul care stă la baza modificărilor epigenetice ale genomului este metilarea. Modificările aduse de enzime specifice pe ADN și pe proteine contribuie la definirea unor markeri specifici, moșteniți de la generația parentală la următorii, care disting un individ de altul. De fapt, conform tipurilor de modificări epigenetice, doi indivizi care au același genotip sunt diferiți în anumite aspecte, cum ar fi predispoziția la dezvoltarea unor patologii specifice. Aceste evenimente apar în urma modificării compactării nucleozomilor pentru a forma cromatina ; un eveniment deosebit de frecvent este acțiunea metiltransferazei , codificată de gena Su (Var) 3-9 , care acționează prin adăugarea unei grupări metil la nivelul lizinei 9 a histonei H3. Acest tip de modificare implică legarea anumitor proteine, foarte frecvent enzime din clasa deacetilazei, care îndepărtează grupările acetil din cozile de aminoacizi care ies din histone; în acest fel, lipsa grupărilor acetil determină o creștere a sarcinilor pozitive pe cozile histonice, eveniment care duce la o compactare mai mare a nucleozomilor, împiedicând astfel accesibilitatea factorilor de transcripție . În acest fel, informațiile genetice sunt heterocromatizate și gena afectată este reprimată. Aceste mecanisme care conduc la modificarea stării de expresie a genelor au fost identificate ca fundamentale în expresia diferențială a genelor în țesuturile reale din corpul uman, precum și în dezvoltarea diferitelor patologii.

Dezvoltare embrionară

Chiar înainte de formarea embrionului , metilarea joacă, de asemenea, un rol important în marcarea genelor de origine maternă și de origine paternă, fenomen cunoscut sub numele de imprimare (genetică) ; metilarea diferită a unui locus genetic determinat constituie, de fapt, un fel de „amprentă”, care necesită exprimarea numai a uneia dintre cele două alele ale acelui locus particular, fie maternă, fie paternă. De fapt, în timpul formării gametilor, apare un tip diferit de imprimare: în spermatogeneză există o imprimare maternă, în oogeneză în loc de tip patern. Odată ce a avut loc fertilizarea , urmează formarea zigotului , care suferă o demetilare generală; să subliniem faptul că, în această fază, genele imprimate, totuși, își mențin starea de metilare. Ulterior, se formează blastocistul , care suferă un anumit grad de metilare chiar înainte de implantare. Când se formează țesuturile embrionare, acestea din urmă suferă o fază de metilare activă. În sfârșit, un ultim pas implică o stare specifică de metilare, în faza de diferențiere a gonadelor; de fapt, un model specific de metilare va apărea în funcție de faptul că este ovarul sau testiculul care se dezvoltă. Acest proces este denumit și „ reprogramare epigenetică ”. Importanța metilării a fost arătată la mutanții caracterizați prin eliminarea ADN metiltransferazei . Toți embrionii rezultați au murit în stadiul morulei.

Metilarea în dezvoltarea postnatală

Dovezi în creștere relevă un rol al metilării în interacțiunea factorilor de mediu cu expresia genelor. Diferențele în îngrijirea părintească în primele 6 zile de viață la șobolan induc modele de metilare diferențiale în unele regiuni promotor afectând astfel expresia genelor . ^[2] Mai mult, s-a constatat că procese mai dinamice, cum ar fi semnalizarea interleukinei , sunt reglementate prin metilare. ^[3]

Metilare și cancer

Studiul metilării a devenit recent o temă centrală în cercetare. Au descoperit că în țesuturile normale, metilarea unei gene este localizată în principal în regiunea codificatoare , care este scăzută în CpG. În schimb, regiunea promotor a genei nu este metilată, în ciuda densității mari a insulelor CpG din regiunea însăși.

Neoplasmul se caracterizează printr-un "dezechilibru de metilare" în care hipometilarea genomului este însoțită de hipermetilări locale și o creștere a expresiei ADN metiltransferazei (1). Starea generală de metilare într-o celulă poate fi, de asemenea, un factor accelerant în carcinogeneză, deoarece dovezile sugerează că hipometilarea genomică poate duce la instabilitate cromozomială și la creșterea ratelor de mutație (3). Starea de metilare a unor gene poate fi utilizată ca biomarker pentru tumorigeneză . De exemplu, hipermetilarea genei glutationului S-transferază din clasa pi (GSTP1) apare ca un marker fiabil al cancerului de prostată (2).

În tumoră, dinamica de reducere a tăcerii genelor genetice și epigenetice este foarte diferită. Mutația genetică somatică duce la blocarea producției de proteine ​​funcționale de către alela mutantă. Dacă un avantaj selectiv este acordat celulei, celulele se extind prin clonare dând naștere unei tumori în care toate celulele nu au capacitatea de a produce proteine. În schimb, mutarea genică mediată epigenetic apare treptat. Începe cu o încetinire lentă a transcrierii, provocând o scădere a protecției insulelor CpG de răspândirea heterocromatinelor laterale și metilarea în insulă. Această pierdere are ca rezultat creșterea treptată a site-urilor individuale CpG, care variază între copii ale aceleiași gene în diferite celule (6).

Metilarea și apărarea bacteriilor

ADN-ul celulelor bacteriene este caracterizat prin faptul că are un model specific de metilare. Metilaza este enzima care recunoaște o secvență specifică și metilează una dintre baze ( adenozină sau citozină ), în interiorul sau în apropierea acelei secvențe. ADN-urile exogene care sunt introduse în celulă , având un model diferit de metilare, sunt degradate de enzime de restricție . Acesta acționează ca un fel de sistem imunitar primitiv, permițând bacteriilor să se protejeze de infecțiile cu bacteriofagi . În celulele bacteriene a fost apoi definită prezența sistemelor caracteristice de restricție și modificare , constând din endonucleaze specifice, care taie ADN-ul exogen odată ce a pătruns în celulă și care acționează ca metilază, adăugând grupări metil la nivelul anumitor secvențe, de-a lungul ADN. Enzimele de restricție stau la baza testului RFLP . Cu această tehnică, geneticienii folosesc diverse endonucleaze de restricție bacteriană (enzime de restricție) pentru a separa ADN-ul la site-uri specifice pentru a detecta polimorfismul ADN, care este util pentru ingineria genetică .

Metilarea în chimie

Metilarea unei sări de acid carboxilic și a unui fenol folosind iodometan

Metilarea Termenul in chimia organica se refera la alchilarea procedeul utilizat pentru a descrie adăugarea unui grup _CH3. Acest lucru este realizat în mod obișnuit cu electrofili surse metil - iodometan , dimetil sulfat , dimetil carbonat - sau mai puțin frecvent , cu atât mai puternic (și mai periculoase) metilarea reactivi de metiltrifluormetan sau metilfluorosulfonat ( „metil magic“), care reacționează în mod complet prin substituție nucleofilă S _N 2 De exemplu, un carboxilat poate fi metilat cu oxigen pentru a da un ester metilic, un alcoxid RO ^- ( sarea unui alcool ) poate fi, de asemenea, metilat pentru a da un eter , ROCH ₃ , sau o enolat cetonă poate fi metilată pe formarea de carbon o cetonă nouă.

Metilarea acetonei prin metilitiu

Alternativ, metilarea poate implica utilizarea compușilor metilici nucleofili , cum ar fi metiltiu (CH ₃ Li) sau reactivi Grignard (CH ₃ MgX). De exemplu, _CH3 Li poate metila acetona , ataca carbonil (C = O) pentru a da litiu alcolatul 3- butanol .

Notă

Bibliografie

• Baylin, SB; Herman, JG; Graff, JR; Vertino, PM; și Issa, JP (1998). Modificări în metilarea ADN-ului: un aspect fundamental al neoplaziei. Progrese în cercetarea cancerului 72 , 141-196. PMID 9338076
• Nakayama, M.; Gonzalgo. ML; Yegnasubramanian, S.; Lin, X.; De Marzo, AM; și Nelson, WG (2004). GSTP1 Hipermetilarea insulei CpG ca biomarker molecular pentru cancerul de prostată ^{[ link rupt ]} . Jurnalul de biochimie celulară 91 (3), 540-552.
• Chen, RZ; Pettersson, U.; Barba, C.; Jackson-Grusby, L.; și Jaenisch, R. (1998). Hipometilarea ADN duce la rate crescute de mutație. Nature 395 (6697), 89-93. PMID 9738504
• Martie, J; Advanced Organic Chemistry , ed. A V-a, Wiley, New York, 2001.
• Walsh, Christopher;Capitolul 5 - Metilarea proteinelor Arhivat 28 septembrie 2007 la Internet Archive.
• Jones PA și Baylin SB. Rolul fundamental al evenimentelor epigenetice în cancer. Nat. Pr. Genet. 3, 415-428 (2002)

Elemente conexe

• Epigenetica
• Giulio Cantoni
• Histone demetilaze

Alte proiecte

• Wikționarul conține lema dicționarului „ metilare ”
• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre metilare

linkuri externe

• Baza de date ADN metilare , la methdb.de .
• Știri despre epigenetică , pe epigeneticsnews.com . Adus la 11 iunie 2007 (arhivat din original la 14 mai 2006) .
• Centrul de resurse și protocol epigenetic , la epigeneticstation.com . Adus la 11 iunie 2007 (arhivat din original la 7 ianuarie 2007) .
• deltaMasses Detectarea metilațiilor după spectrometrie de masă
• Testul HELP , la greallylab.aecom.yu.edu . Adus la 11 iunie 2007 (arhivat din original la 28 ianuarie 2007) .

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei