Metilarea ADN-ului

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În biochimie , metilarea ADN- ului este o modificare epigenetică a ADN-ului . Procedeul constă în legarea unui metil grup (CH3) la o bază azotată. Diferite baze azotate pot suferi acest tip de modificare pentru diferite funcții. Adenina poate fi metilată la nivelul secvențelor Gm și ATC ale genomului unor bacterii, cum ar fi Escherichia coli, de către enzima baraj (ADenin metilază ADN). Funcția acestei metilații este de a proteja genomul celulei de atacul de endonucleaze de restricție pe care îl produce, ca mijloc de rezistență la atacul de fagi . Un alt exemplu de metilare a ADN-ului este metilarea citozinei , care constituie aproape toată metilarea ADN-ului eucariot. La mamifere, 5-metil-citozina (5meC sau 5mC) se găsește aproape exclusiv în dinucleotida CpG (citozină urmată de o guanină) în regiunea codificatoare a genelor. Dinucleotida CpG este slab reprezentată în ADN-ul eucariot, deoarece este supusă mutației secundare metilării. Genomul mamiferelor este aproape complet metilat, cu excepția unor zone bogate în dinucleotidă CpG care din acest motiv se numesc insule CpG [1] , de obicei abundente în regiunile de reglare și promotor ale genelor eucariote; metilarea acestor secvențe crește în anumite patologii, cum ar fi sindromul Prader-Willi [2] . Metilarea fiziologică a ADN-ului în aceste regiuni depinde de proteinele numite ADN-metil-transferază sau DNMT (de exemplu 1, 3a 3b) și este un fenomen care intervine în controlul expresiei genelor, în inactivarea cromozomului X, în cromatină structură și în amprentarea genomică. Metilarea citozinei este, de asemenea, un factor important de mutație [1] . De fapt, în timp ce dezaminarea citozinei produce uracil - o bază azotată care nu aparține ADN-ului (ci ARN-ului ) și este imediat recunoscută ca străină - dezaminarea 5-metil citozinei ( 5 m și C) o transformă în timină , generând o nepotrivire , în care sistemul de reparare a nepotrivirii nu păstrează întotdeauna baza corectă de azot. De asemenea, se suspectează că este implicat în tăierea intronilor și modificarea exonilor.

La mamifere

Metilarea ADN-ului este esențială pentru dezvoltarea normală și este asociată cu unele procese cheie, inclusiv imprimarea genomică, inactivarea cromozomului X, suprimarea elementelor repetitive și carcinogeneza. Această metilare este o modificare biochimică și implică adăugarea unei grupări metil la nivelul carbonului-5 al citozinei, aproape exclusiv în contextul dinucleotidei CpG. Conexiunea dintre metilarea ADN-ului și transcrierea genei a fost studiată intens în ultimii 40 de ani; modelul care se bucură în prezent de consens transversal în comunitatea științifică vede metilarea ADN-ului asociată cu reprimarea transcripției. În special, metilarea unui promotor în amonte de o genă ar provoca reprimarea acestuia, care la rândul său poate fi inversată sau atenuată prin demetilarea aceleiași secvențe. Cu alte cuvinte, diferitele modele de metilare, prin urmare, reglementează pornirea și oprirea unor gene. Este clar că o eroare în metilarea ADN determină o schimbare în organizarea spațială a cromatinei, iar aceasta, la rândul său, determină „dezacordat”; situații de hipo- sau hiper-metilare, pot duce respectiv la pornirea sau oprirea genelor care acționează ca supresoare tumorale sau în mecanisme de reparare a ADN-ului. Epimutațiile de acest tip au fost identificate în multe tipuri de tumori. Metilarea ADN-ului la nivelul insulei CpG este asociată cu reprimarea genelor. Aceste insule CpG sunt localizate preferențial către promotorul multor gene, în special gene de menaj și în unele gene specifice țesuturilor. 5-metil-citozina este mai instabilă, mai predispusă la mutații și tinde să deamineze decât citozina nemodificată. Dezaminarea citozinei determină formarea uracilului (o bază azotată care nu este prezentă în mod normal în ADN, dar în ARN), în timp ce dezaminarea 5mC duce la timină care nu mai este asociată cu guanina celeilalte fire. Acesta din urmă este mai frecvent decât primul, datorită eficienței mecanismelor de reparare în recunoașterea celor două tipuri de mutație. Odată ce modelul de metilare a fost stabilit, acesta este menținut prin întreținerea ADN-metil-transferazei, care au o afinitate specială pentru secvențele hemi-metilate și, prin urmare, tind să metileze noua catenă formată pe un șablon deja metilat. În celulele de mamifere, există, de asemenea, elemente cu acțiune cis, care sunt dispersate pe tot genomul și acționează ca un element semnal sau limită pentru propagarea metilării.

ADN metiltransferază

În celulele de mamifere, metilarea ADN-ului are loc în principal în poziția C5 a citozinei în contextul dinucleotidelor CpG și este realizată de o familie de enzime numite DNMT (ADN-metil-transferază). În special, DNMT1 este responsabil pentru menținerea modelului de metilare pe filamentele sintetizate la fiecare ciclu de replicare. În absența DNMT1, aparatul de replicare produce fire ADN care nu sunt metilate provocând o „diluare” a metilării și, în consecință, un proces de demetilare „pasivă” (adică nu implică îndepărtarea activă a grupării metil din deja citozină metilată). Se consideră că DNMT3a și DNMT3b sunt metiltransferazele implicate în metilarea de novo. În plus față de acestea, DNMT3L este o proteină care nu are activitate catalitică, dar se crede că are activitate de reglare de novo a metiltransferazelor, crescând capacitatea lor de a se lega de ADN și stimulându-le activitatea. În cele din urmă, DNMT2 (TRDMT1) a fost identificat ca omolog al ADN metiltransferazelor și conține toate cele 10 motive de secvență comune tuturor ADN metiltransferazelor; totuși, DNMT2 (TRDMT1) nu metilează ADN, ci metilează citozina-38 în ansa anticodon a acidului aspartic tRNA. Deoarece multe gene supresoare tumorale sunt reduse la tăcere prin metilarea ADN-ului în timpul carcinogenezei, au existat încercări de reexprimare a acestor gene prin inhibarea DNMT-urilor. Decitabina este un analog nucleozidic care inhibă DNMT-urile prin prinderea lor într-un complex covalent de pe ADN, prevenind faza de eliminare β a catalizei, rezultând degradarea enzimelor. Cu toate acestea, pentru ca decitabina să fie activă, trebuie încorporată în genomul celulei, care poate provoca mutații în celulele fiice dacă celula nu moare. În plus, decitabina este toxică pentru măduva osoasă, ceea ce îi limitează capacitatea terapeutică. În prezent nu este clar dacă DNMT1 singur este suficient pentru a reactiva genele supresoare tumorale reduse la tăcere prin metilarea ADN-ului.

Metilarea ADN-ului în cancer

Metilarea ADN-ului este un regulator important al transcrierii genelor și s-a dovedit că metilarea ADN anormală sau anormală este asociată cu silențierea genelor neprogramate, iar genele cu niveluri ridicate de 5-metilcitozină în regiunea promotorului sunt silențiate transcripțional. Metilarea ADN-ului este esențială în timpul dezvoltării embrionare, iar în celulele somatice, modelele de metilare a ADN-ului sunt, în general, transmise celulelor fiice cu înaltă fidelitate. Modelele anormale de metilare a ADN-ului au fost asociate cu un număr mare de cancere umane și se găsesc în două forme distincte: hipermetilare și hipometilare în raport cu țesutul normal. Hipermetilarea este una dintre modificările epigenetice majore care reprimă transcripția prin regiunea promotoră a unei gene supresoare tumorale. Hipermetilarea apare de obicei în insulele CPG din regiunea promotorului și este asociată cu inactivarea genelor. Hipometilarea globală a fost, de asemenea, implicată în dezvoltarea și progresia cancerului prin diferite mecanisme.

La plante

S-au făcut progrese semnificative în înțelegerea metilării ADN-ului în modelul plantei Arabidopsis thaliana . Metilarea ADN-ului la plante diferă de cea la mamifere: în timp ce metilarea ADN-ului la mamifere are loc în principal pe nucleotida de citozină la un situs CpG, în plante citozina poate fi metilată în situsuri CpG, CpHpG și CpHpH (unde H = A, C sau T) . Principalele enzime Arabidopsis ADN-metiltransferază, care transferă covalent și atacă grupările metilice pe ADN, sunt DRM2, MET1 și CMT3. Atât DRM2, cât și MET1 au o omologie importantă, respectiv, cu metiltransferazele de mamifere DNMT3 și DNMT1, în timp ce CMT3 este singura proteină din regnul plantelor. În prezent, există două clase de ADN metiltransferază: 1) clasa de novo sau enzime care creează noi semnale de metilare a ADN-ului și 2) o clasă de întreținere care recunoaște semnalele de metilare pe firul șablon de ADN și transferă metilarea în catene. un șablon pe cele deja metilate, după replicarea ADN-ului. DRM2 este singura enzimă care a fost implicată ca ADN metiltransferază de novo. De asemenea, s-a demonstrat că DRM2, împreună cu MET1 și CMT3, sunt implicate în menținerea semnalelor de metilare prin replicarea ADN-ului. Alte metiltransferaze ADN sunt exprimate în plante, dar nu au funcții cunoscute. Nu este clar modul în care celula determină localizarea metilării ADN de novo, dar se crede că este implicată metilarea ADN direcționată de ARN. În RdDM, produsele specifice de ARN transcrise sunt produse pornind de la ADN-ul șablon și acest ARN își asumă o structură secundară numită dublă catenă. ARN-urile cu dublă catenă, fie prin ARNsi sau microARN, direcționează calea de metilare de novo către locația originală din genomul în care a fost produs ARN. Acest tip de mecanism este important pentru apărarea celulară împotriva virusurilor ARN și / sau transposon, care adesea formează un ARN ds care poate fi genom-mutagen.

Notă

Bibliografie

  • Elias Daura-Oller, Maria Cabre, Miguel A Montero, Jose L Paternain și Antoni Romeu (2009) "Hipometilarea genică specifică și cancerul: noi perspective asupra regiunilor de codificare caracteristică tendințele". Bioinformare. 2009; 3 (8): 340-343.PMID PMC2720671
  • Shen, L. & Waterland, RA (2008): Metode de analiză a metilării ADN-ului. În: Curr. Opin. Clin. Nutr. Metab. Îngrijire. 10 (5): 576-581. PMID 17693740 DOI : 10.1097 / MCO.0b013e3282bf6f43
  • Beck, S. & Rakyan, VK (2008): Metilomul: abordări pentru profilarea globală a metilării ADN-ului. În: Trends Genet. 24 (5): 231-237. PMID 18325624 DOI : 10.1016 / j.tig.2008.01.006
  • Shames, DS și colab. (2007): metilarea ADN-ului în sănătate, boli și cancer. În: Curr. Mol. Med. 7 (1): 85-102. PMID 17311535 PDF

Alte proiecte

Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie