5 -metylcytosin - 5-Methylcytosine
|
|
| Navn | |
|---|---|
|
Foretrukket IUPAC -navn
4-Amino-5-metylpyrimidin-2 (1 H ) -on |
|
| Identifikatorer | |
|
3D -modell ( JSmol )
|
|
| 3DMet | |
| 120387 | |
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.008.236 
|
| EC -nummer | |
| KEGG | |
| MeSH | 5-metylcytosin |
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| C 5 H 7 N 3 O | |
| Molar masse | 125,131 g · mol −1 |
| Farer | |
| GHS -piktogrammer |
|
| GHS Signalord | Advarsel |
| H317 , H319 | |
| P261 , P264 , P272 , P280 , P302+352 , P305+351+338 , P321 , P333+313 , P337+313 , P363 , P501 | |
|
Med mindre annet er angitt, gis data for materialer i standardtilstand (ved 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
|
 bekreft ( hva er ?)
  |
|
| Infobox -referanser | |
5-metylcytosin er en metylert form av DNA- basen cytosin (C) som regulerer gentranskripsjon og tar flere andre biologiske roller. Når cytosin blir metylert, opprettholder DNA den samme sekvensen, men ekspresjonen av metylerte gener kan endres (studiet av dette er en del av feltet epigenetikk ). 5-metylcytosin er inkorporert i nukleosidet 5-metylcytidin .
I 5-metylcytosin er en metylgruppe festet til det femte atomet i 6-atomringen, og teller mot klokken fra det NH-bundne nitrogenet ved posisjonen klokken seks. Denne metylgruppen skiller 5-metylcytosin fra cytosin.
Oppdagelse
Under forsøk på å isolere det bakterielle toksin ansvarlige for tuberkulose , WG Ruppel isolert en ny nukleinsyre heter tuberculinic syre i 1898 fra tuberkelbasillen . Nukleinsyren ble funnet å være uvanlig, ved at den i tillegg til tymin , guanin og cytosin inneholdt et metylert nukleotid. I 1925 oppdaget Johnson og Coghill vellykket en mindre mengde av et metylert cytosinderivat som et produkt av hydrolyse av tuberkulinsyre med svovelsyre . Denne rapporten ble sterkt kritisert fordi identifikasjonen utelukkende var basert på de optiske egenskapene til det krystallinske pikratet, og andre forskere klarte ikke å gjengi det samme resultatet. Men dets eksistens ble til slutt påvist i 1948, da Hotchkiss separert nukleinsyrene DNA fra kalve thymus ved hjelp av papirkromatografi , ved hvilken han har oppdaget en enestående metylert cytosin, ganske forskjellig fra konvensjonelle cytosin og uracil . Etter syv tiår viste det seg at det også er et vanlig trekk i forskjellige RNA -molekyler, selv om den presise rollen er usikker.
In vivo
Funksjonen til denne kjemikalien varierer betydelig mellom artene:
- Hos bakterier kan 5-metylcytosin finnes på en rekke steder, og brukes ofte som en markør for å beskytte DNA mot å bli kuttet av native metyleringssensitive restriksjonsenzymer .
- I planter, forekommer 5-metylcytosin på CpG , CpHpG og CpHpH sekvenser (hvor H = A, C eller T).
- Hos sopp og dyr forekommer 5-metylcytosin hovedsakelig ved CpG dinukleotider. De fleste eukaryoter metylerer bare en liten prosentandel av disse stedene, men 70-80% av CpG-cytosiner er metylert hos virveldyr . I pattedyrceller kalles klynger av CpG i 5' -ender av gener CpG -øyer. 1% av alt pattedyr -DNA er 5mC.
Mens spontan deaminering av cytosin danner uracil , som gjenkjennes og fjernes av DNA-reparasjonsenzymer, deaminerer 5-metylcytosin tymin . Denne omdannelsen av en DNA -base fra cytosin (C) til tymin (T) kan resultere i en overgangsmutasjon . I tillegg kan aktiv enzymatisk deaminering av cytosin eller 5-metylcytosin fra APOBEC- familien av cytosindeaminaser ha gunstige konsekvenser for forskjellige cellulære prosesser så vel som for organismenes evolusjon. Implikasjonene av deaminering på 5-hydroksymetylcytosin er derimot mindre forstått.
In vitro
NH 2 -gruppen kan bli fjernet (deaminering) fra 5-metylcytosin til formen tymin med bruk av reagenser slik som salpetersyrling ; cytosin deaminerer til uracil (U) under lignende forhold.
5-metylcytosin er resistent mot deaminering ved bisulfittbehandling , som deaminerer cytosinrester. Denne egenskapen blir ofte utnyttet for å analysere DNA -cytosinmetyleringsmønstre med bisulfitt -sekvensering .
Tilsetning og regulering med DNMT (eukaryoter)
5mC merker plasseres på genomisk DNA via DNA -metyltransferaser (DNMT). Det er 5 DNMT hos mennesker: DNMT1, DNMT2, DNMT3A, DNMT3B og DNMT3L, og i alger og sopp er 3 flere tilstede (DNMT4, DNMT5 og DNMT6). DNMT1 inneholder replikasjonsfokusmålsekvensen (RFTS) og CXXC -domenet som katalyserer tilsetningen av 5mC merker. RFTS dirigerer DNMT1 til loci av DNA -replikasjon for å hjelpe til med vedlikehold av 5mC på datterstrenger under DNA -replikasjon, mens CXXC inneholder et sinkfingerdomene for de novo -tilsetning av metylering til DNA. DNMT1 ble funnet å være den dominerende DNA -metyltransferasen i alt humant vev. Primært er DNMT3A og DNMT3B ansvarlig for de novo -metylering, og DNMT1 opprettholder 5mC -merket etter replikering. DNMT kan samhandle med hverandre for å øke metyleringsevnen. For eksempel kan 2 DNMT3L danne et kompleks med 2 DNMT3A for å forbedre interaksjoner med DNA, noe som letter metyleringen. Endringer i uttrykket av DNMT resulterer i avvikende metylering. Overuttrykk gir økt metylering, mens forstyrrelse av enzymet reduserer metyleringsnivået.
Mekanismen for tilsetningen er som følger: først skaper en cysteinrest på DNMTs PCQ -motiv et nukleofilt angrep på karbon 6 på cytosinnukleotidet som skal metyleres. S-Adenosylmetionin donerer deretter en metylgruppe til karbon 5. En base i DNMT-enzymet deprotoniserer det resterende hydrogenet på karbon 5 og gjenoppretter dobbeltbindingen mellom karbon 5 og 6 i ringen, og produserer 5-metylcytosin-baseparet.
Demetylering
Etter at et cytosin er metylert til 5mC, kan det reverseres tilbake til sin opprinnelige tilstand via flere mekanismer. Passiv DNA -demetylering ved fortynning eliminerer merket gradvis gjennom replikasjon ved mangel på vedlikehold av DNMT. Ved aktiv DNA-demetylering omdanner en rekke oksidasjoner det til 5-hydroksymetylcytosin (5hmC), 5-formylcytosin (5fC) og 5-karboksylcytosin (5caC), og de to sistnevnte blir til slutt fjernet av tymin DNA-glykosylase (TDG), fulgt ved base excision repair (BER) for å gjenopprette cytosinet. TDG knockout ga en to ganger økning på 5fC uten statistisk signifikant endring i nivåene på 5hmC, noe som indikerer at 5mC må iterativt oksyderes minst to ganger før full demetylering. Oksidasjonen skjer gjennom TET (Ten-eleven translocation) -familiedioksygenaser ( TET-enzymer ) som kan omdanne 5mC, 5hmC og 5fC til sine oksiderte former. Enzymet har imidlertid størst preferanse for 5mC, og den første reaksjonshastigheten for 5hmC og 5fC-konverteringer med TET2 er 4,9-7,6 ganger langsommere. TET krever Fe (II) som kofaktor, og oksygen og α-ketoglutarat (α-KG) som substrater, og sistnevnte substrat genereres fra isocitrat av enzymet isocitrat dehydrogenase (IDH). Kreft kan imidlertid produsere 2-hydroksyglutarat (2HG) som konkurrerer med α-KG, reduserer TET-aktivitet og reduserer konvertering av 5mC til 5hmC.
Rolle hos mennesker
Ved kreft
Ved kreft kan DNA bli både overdrevent metylert, betegnet hypermetylering og undermetylert, betegnet hypometylering. CpG -øyer som overlapper genpromotorer blir de novo metylert, noe som resulterer i avvikende inaktivering av gener som vanligvis er forbundet med veksthemming av svulster (et eksempel på hypermetylering). Ved sammenligning av svulst og normalt vev hadde førstnevnte forhøyede nivåer av metyltransferasene DNMT1, DNMT3A og for det meste DNMT3B, som alle er forbundet med de unormale nivåene på 5mC i kreft. Gjentatte sekvenser i genomet, inkludert satellitt -DNA, Alu og lange interspersed elementer (LINE), blir ofte sett hypometylert i kreft, noe som resulterer i uttrykk for disse normalt tausede genene, og nivåer er ofte signifikante markører for tumorprogresjon. Det har blitt antatt at det er en sammenheng mellom hypermetylering og hypometylering; overaktivitet av DNA -metyltransferaser som produserer unormal de novo 5mC -metylering kan kompenseres ved fjerning av metylering, en type epigenetisk reparasjon. Imidlertid er fjerning av metylering ineffektiv, noe som resulterer i et overskudd av genomomfattende hypometylering. Det motsatte kan også være mulig; overekspresjon av hypometylering kan dempes av genommetende hypermetylering. Kreftens kjennetegn er sannsynligvis oppnådd gjennom epigenetiske endringer som endrer 5mC i begge kreftcellene og i omkringliggende tumorassosierte stroma i tumormikromiljøet. Det er rapportert at kreftmedisinen Cisplatin reagerer med 5 mC.
Som en biomarkør for aldring
"Epigenetisk alder" refererer til sammenhengen mellom kronologisk alder og nivåer av DNA -metylering i genomet. Ved å koble nivåene av DNA-metylering, i spesifikke sett med CpG-er kalt "klokke-CpG-er", med algoritmer som regreserer de typiske nivåene av kollektiv genom-bred metylering ved en gitt kronologisk alder, gir mulighet for epigenetisk aldersforutsigelse. I ungdommen (0–20 år) skjer endringer i DNA -metylering raskere etter hvert som utviklingen og veksten utvikler seg, og endringene begynner å avta i eldre alder. Det finnes flere epigenetiske aldersestimatorer. Horvaths klokke måler et sett med flere vev på 353 CpG, hvorav halvparten positivt korrelerer med alder, og den andre halvparten negativt, for å estimere den epigenetiske alderen. Hannums klokke bruker voksne blodprøver til å beregne alder basert på en ortogonal basis på 71 CpG. Levines klokke, kjent som DNAm PhenoAge, er avhengig av 513 CpG og overgår de andre aldersestimatorene for å forutsi dødelighet og levetid, men viser likevel skjevhet med ikke-blodvev. Det er rapporter om aldersestimatorer med metyleringstilstanden til bare én CpG i genet ELOVL2. Estimering av alder tillater forutsigbar levetid gjennom forventninger til aldersrelaterte forhold som enkeltpersoner kan bli utsatt for basert på deres 5 mC metyleringsmarkører.
Referanser
Litteratur
- Griffiths, Anthony JF (1999). En introduksjon til genetisk analyse . San Francisco: WH Freeman. Kapittel 15: Genmutasjon. ISBN 0-7167-3520-2.( tilgjengelig online på United States National Center for Biotechnology Information )