Метилирование ДНК: контроль экспрессии генов у млекопитающих
Суть метилирования заключается в том, что это - химическая модификация, катализируемая ферментом, которая добавляет метильные (CH3) группы на специфические сайты белков, ДНК и РНК.
Метилирование ДНК является важным элементом контроля экспрессии генов в клетках млекопитающих. Это регулируемый процесс и предполагается, что он играет важную роль в регуляции экспрессии генов в процессе развития и дифференцировки .Amequera, (1990)
В сложных организмах метилирование ДНК обеспечивает механизм выключения больших групп генов в клетках определенного типа. Это выключение носит стабильный характер и наследуется данным типом клеток при делении. Имейте ввиду, что речь идет не вообще о метилировании. Метилированными в ДНК оказываются множество сайтов. Но только малая доля их вовлекается в регуляцию транскрипции. Чаще всего метилирование промоторной части гена приводит к подавлению его экспрессии, хотя это правило соблюдается не в 100% случаев.
Метилирование остатков цитозина может оказывать влияние на транскрипцию как непосредственно через изменение эффективности связывания позитивных и негативных факторов транскрипции со своими регуляторными участками на ДНК, так и опосредованно через формирование неактивных в транскрипционном отношении участков хроматина. Поскольку 5-mC структурно подобен тимину, метилирование остатков C может сопровождаться возникновением новых консенсусных последовательностей для некоторых факторов транскрипции. В частности, метилирование превращает низкоаффинный сайт связывания фактора транскрипции AP-1 (CGAGTCA) в высокоаффинный сайт (mCGAGTCA), который соответствует консенсусному сайту для этого фактора (TGAGTCA). Описано ингибирование взаимодействия некоторых белков с ДНК в результате метилирования CpG-последовательностей в сайтах их связывания ( табл. I.15 ).
В табл. I.15 представлены только консенсусные последовательности, узнаваемые соответствующими факторами транскрипции с подчеркнутыми динуклеотидами CpG, метилирование которых оказывает влияние на взаимодействие факторов с ДНК. Интересно, что фактор Sp1 , необходимый для инициации транскрипции на промоторах многих генов домашнего хозяйства , может связываться с метилированными и неметилированными консенсусными последовательностями и, кроме того, предотвращать метилирование соседних последовательностей нуклеотидов. Поскольку Sp1 обнаружен у высших эукариот, ДНК которых содержит 5-mC, предполагают, что данный фактор может играть специфическую роль в регуляции метилирования ДНК у этих организмов.
Известные промоторы, за небольшим исключением (например, промотора гена главного комплекса гистосовместимости H-2K ), неактивны в метилированном состоянии. Единственная метильная группа, введенная в промотор гена тимидинкиназы вируса простого герпеса или в С-промоторы вируса Эпштейна-Барр , может оказывать большое негативное влияние на транскрипцию. Уровень подавления активности других промоторов, в частности, промоторов альфа- и гамма-глобиновых генов человека или промотора мышиного гена MyoD1 , находится в прямой зависимости от числа введенных в них метильных групп, но не от их положения в промоторах. Ингибирование транскрипции, вызванное частичным метилированием промоторов, может преодолеваться с помощью энхансеров, однако полностью метилированные промоторы не реактивируются энхансерами и сохраняют свое репрессированное состояние, несмотря на присутствие последних. На основании такого рода данных высказывается предположение, что метилирование ДНК регулирует транскрипцию по принципу "все или ничего" и не обеспечивает тонкой регуляции экспрессии генов.
