Metilacijski vzorci na DNA: nastanek, dedovanje in pomen: Difference between revisions

From Wiki FKKT
Jump to navigationJump to search
(New page: ==Uvod== Metilacije DNA so pomemben mehanizem dinamičnosti kromatina in uravnavanja transkripcije. Poleg razumevanja, kaj se dogaja na molekulski ravni, kako se te spremembe dedujejo in k...)
(No difference)

Revision as of 15:47, 20 April 2014

Uvod

Metilacije DNA so pomemben mehanizem dinamičnosti kromatina in uravnavanja transkripcije. Poleg razumevanja, kaj se dogaja na molekulski ravni, kako se te spremembe dedujejo in kako vplivajo na delovanje organizmov, je pomembno tudi zavedanje, da lahko napake v metilaciji (prekomerna metilacija ali izostanek le-te) vodijo do različnih kliničnih stanj.

1. nastanek

Metilacije večinoma potekajo na citozinu (C), za katerim stoji gvanin (G). Taka mesta se imenujejo CpG, kar pomeni, da je pred G fosfatna skupina (torej je C bližje 5' koncu). Tak zapis tudi označuje, da sta oba nukleotida eden zraven drugega v isti vijačnici (ne mešajmo s parom CG, ki povezuje obe vijačnici DNA). Včasih pa metilacija lahko poteče tudi na adeninu (A). Najpogosteje se metilna skupina doda na mesto 5 na C (označimo 5mC). Lahko se doda tudi na mesto 4 na C (4mC) ali 6 na A (6mA). Najbolj je raziskan mehanizem nastanka 5mC.

Metilacija je encimsko katalizirana reakcija. Poznamo tri tipe encimov, ki sodelujejo bodisi pri metilaciji bodisi pri demetilaciji.

Writers (pisci)

Sem spadajo encimi iz družine DNA metiltransferaz (Dnmts). Ti katalizirajo reakcijo prenosa metilne skupine iz S-adenil metionina (SAM) na citozinski ostanek (nastane 5mC). Najpomembnejši so Dnmt1, ter Dnmt3a in Dnmt3b. Čeprav so si encimi strukturno podobni (imajo veliko N-terminalno regulatorno domeno in C-terminalno katalitično domeno), imajo različne funkcije in vzorce izražanja. Dnmt1 metilira hemimetilirano DNA (metilna skupina je samo na eni vijačnici); metilno skupino doda na komplementarno verigo diagonalno od že obstoječega 5mC. Dnmt3a in Dnmt3b lahko metilirata t.i. golo DNA (brez 5mC). Med seboj se razlikujeta v izražanju (a se izraža v vseh tkivih, b pa se nahaja predvsem v ščitnici, modih in kostnem mozgu). Kako poiščeta mesta metilacije, za zdaj še ni znano. Ena izmed teorij predlaga, da de novo metilacijo regulirajo transkripcijski faktorji, ki lahko Dnmts ali rekrutirajo na promotorje ali pa Dnmts metilirajo vsa CpG mesta, na katerih transkripcijskih faktorjev ni, torej s svojo vezavo na promotor preprečujejo metilacijo DNA. Obstaja še četrti član Dnmts, in sicer Dnmt3L, ki pa nima katalitične domene, kot jo imajo ostali trije, ampak se povezuje z Dnmt3a in Dnmt 3b in stimulira njuno metiltransferazno aktivnost. Izraža se v možganih med razvojem zarodka, postnatalno pa ni več prisoten. Dnmt3L je potreben za starševsko genomsko vtisnjenje (tako materino kot očetovo), metilacijo transpozonov in za zgoščevanje X kromosoma.

===Erasers (brisalci)=== 

Sodelujejo pri demetilaciji. Ta je lahko pasivna (sledi vsaki celični delitvi, ko se celotna raven metilacije zniža zaradi inhibicije Dnmt1) ali aktivna (lahko poteka v delečih in ne delečih se celicah), ki je encimsko vodena in poteka v več zaporednih reakcijah (deaminacije in oksidacije). Aminska skupina 5mC se lahko deaminira do karboksilne skupine z AID/APOBEC kompleksom (activation-induced cytidine deaminase/apolipoprotein B mRNA-editing enzyme complex); tako nastane timin. Tet encimi (ten-eleven translocation) na metilno skupino dodajo hidroksilno skupino (nastane 5hmC). 5hmC lahko Tet oksidirajo do 5-karboksi-citozina ali pa jih AID/APOBEC deaminirajo do 5-hidroksimetil-uracila. Mehanizem za popravljanje baz z izrezovanjem (base excision repair pathway) nato s pomočjo encima timin DNA glikozilaza (TDG) te produkte zamenja s citozinom. Ta encim je ključen za demetilacijo in je potreben za normalen razvoj osebka. Aktiven TDG naj bi tudi ščitil vtisnjene gene pred spontano de novo metilacijo.

Metilacija ima vlogo tudi pri nastanku prepisno zavrtega heterokromatina. Geni, kjer so promotorji metilirani, so namreč utišani. Približno 70% CpG ponovitev je metiliranih. Znanstveniki predvidevajo, da so metilacije pripomogle k zmanjšanju števila CpG dinukleotidov, saj lahko popravljalni mehanizmi namesto T popravijo G (nastane TA par). Promotorske regije vsebujejo velik delež CpG; pravimo jim CpG otočki. Ni še jasno, zakaj in kako te regije ostajajo nemetilirane. Hipermetilacija teh regij lahko privede do raka, saj lahko pride do utišanja tumorsupresorskih genov in genov, ki sodelujejo pri celičnem ciklu in proliferaciji.

===Readers (bralci)===

Bralci vplivajo na izražanje genov. Vežejo se na 5mC in preprečujejo vezavo transkripcijskih faktorjev. Metilacijska mesta prepoznavajo MBD proteini (najbolj poznan MeCP2), ki vsebujejo metil-CpG vezavno domeno, večina pa še domeno za represijo transkripcije (TRD), s katero se vežejo v represorski kompleks in tako preprečujejo transkripcijo. MeCP2 ima tudi vlogo pri vzdrževanju metilacije DNA, saj se lahko s TRD domeno veže na Dnmt1 in ga rekrutira na hemimetilirano DNA.

DNA metilacija je povezana s posttranslacijsko modifikacijo histonov. Dnmts reagirajo z encimi, ki regulirajo modifikacijo histonov pri represiji izražanja genov; vežejo se na histonske deacetilaze in pomagajo DNA tesno naviti na histone. Prav tako modifikacije histonov vplivajo na metilacijske vzorce na DNA.