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DNA甲基化的定义
DNA甲基化是一个将甲基添加到DNA分子中的过程。
- 它是一种表观遗传机制，通过在DNA上添加一个甲基(-CH3)基团而发生，因此经常修改基因的功能并影响基因的表达。
- 最广泛描述的DNA甲基化过程是胞嘧啶环5-碳上甲基的共价加成，形成5-甲基胞嘧啶(5-mC)，也被非正式地称为DNA的“第五碱基”。
- 这些甲基投射到主槽中DNA和抑制转录。
- 在人类DNA中，5-甲基胞嘧啶大约存在于1.5%的基因组DNA中。
- 它通常在受精卵形成时被移除，然后在大约着床时在胚胎中重新建立。
- 它是染色质结构的基础，通常在CpG二核苷酸环境中发现。
- 研究表明，甲基化在基因表达的调控中起着至关重要的作用，这些修饰往往发生在不同物种的基因组中的特定位置。
- 它已经被证明是广泛的细胞过程的重要贡献者，异常的甲基化模式与几种人类疾病有关。
- 在历史上，早在DNA被确定为遗传物质时，就在哺乳动物中发现了这种物质。
- 1948年，罗林·霍奇基斯首次在纸色谱法制备小牛胸腺时发现了改性胞嘧啶。
- 假设这个部分是5-甲基胞嘧啶(5mC)，因为它从胞嘧啶中分离的方式类似于胸腺嘧啶(也称为甲基尿嘧啶)从尿嘧啶中分离的方式，他进一步提出这种修饰的胞嘧啶自然存在于DNA中。
- 虽然许多研究者提出它可能调控基因表达，但直到20世纪80年代才有多项研究表明它参与基因调控和细胞分化。
- 现在人们已经认识到，与其他调控因子一起，它是影响基因活动的主要表观遗传因子。
图片来源:自然神经科学
原则
- 尽管在一个有机体中几乎所有的细胞都包含相同的遗传信息，但并不是所有的基因都被所有类型的细胞同时表达。
- 从更广泛的意义上说，表观遗传机制介导了多细胞生物中各种细胞和组织中的多种基因表达谱。
- 一旦这种包括对DNA进行直接化学修饰的主要表观遗传机制被称为DNA甲基化。
- 在发育过程中，基因组中DNA甲基化模式的变化是一个动态过程的结果，包括从头DNA甲基化和去甲基化。
- 因此，分化的细胞发展出一种稳定和独特的DNA甲基化模式，调节组织特异性基因转录。
意义
- 大多数DNA甲基化是正常发育所必需的。
- 它在许多关键过程中发挥着非常重要的作用，包括基因组印记，x染色体失活，以及重复元素转录和转位的抑制，当调节失调时，会导致癌症等疾病。
- 不同基因组区域的DNA甲基化可能对基因活动产生不同的影响。
控制
- 甲基的添加在细胞中控制在几个不同的水平，并由一种称为DNA甲基转移酶(DNMTs)的酶家族进行。
- DNA甲基化模式的建立和维持需要三个DNMTs (DNMT1、DNMT3a和DNMT3b)。
- 另外两种酶(DNMT2和DNMT3L)也可能具有更专门化但相关的功能。
参考文献
- https://www.whatisepigenetics.com/dna-methylation/
- https://www.nature.com/scitable/topicpage/the-role-of-methylation-in-gene-expression-1070/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3521964/
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3174260/
- https://epigenie.com/key-epigenetic-players/important-dna-methylation-factors/