Кіріспе

5 Метилцитозин – геннің транскрипциясын реттейтін және басқа да биологиялық қызметтерді атқаратын ДНК негізі цитозиннің (С) метилденген түрі. Цитозин метилделген кезде ДНК тізбегі өзгермейді, бірақ метилделген гендердің экспрессиясы өзгеруі мүмкін (бұл зерттеу эпигенетика ғылымының бір бөлігі). 5 Метилцитозин 5-метилцитидин нуклеозидінің құрамына кіреді. 5 Метилцитозинде метил тобы 6 атомдық сақинадағы 5-ші атомға бекітіледі, сағат тіліне қарсы бағытта, NH байланысқан азоттан сағат алтыдағы позициядан санағанда. Осы метил тобы 5 метилцитозин мен цитозиннің арасын ажыратады.

Ашылу

Туберкулезге себеп болатын бактериялық токсинді оқшаулауға тырысқанда, В. Г. Руппель 1898 жылы туберкулез бациллінен туберкулиновый қышқылы деп аталатын жаңа нуклеин қышқылын бөліп алды. Бұл нуклеин қышқылының ерекшелігі – оның құрамында тимин, гуанин және цитозинмен қатар метилденген нуклеотид бар екені анықталды. 1925 жылы Джонсон мен Когилл туберкулиновый қышқылын күкірт қышқылымен гидролиздегенде метилденген цитозин туындысының шағын мөлшерін табысты анықтады. Бұл жұмыс қатаң сынға ұшырады, себебі олардың анықтауы тек кристалдық пикраттың оптикалық қасиеттеріне негізделген, ал басқа ғалымдар осы нәтижені қайталай алмады. Алайда, оның бар екені 1948 жылы дәлелденді, ол кезде Хотчкисс қағаз хроматографиясы арқылы бұзау тимусынан ДНК нуклеин қышқылдарын бөліп алып, әдеттегі цитозин мен урацилден мүлдем өзгеше метилденген цитозинды анықтады. Жеті он жылдан кейін бұл заттың әртүрлі РНК молекулаларында да кең таралғаны анықталды, бірақ оның нақты қызметі әлі белгісіз.

Ин витро

NH2 тобын 5 метилцитозиннен алып тастау (деаминация) нитро қышқылы сияқты реагенттерді қолдану арқылы тиминге айналдыруға болады; цитозин де ұқсас жағдайларда урацилге (U) деаминацияланады. 5 метилцитозин бисульфитпен өңдеуге төзімді, ал бисульфит цитозин қалдықтарын деаминациялайды. Осы қасиет ДНК цитозин метилирлеу үлгілерін бисульфит секвенирлеу арқылы талдау үшін жиі қолданылады.

ДНМТ-мен қосу және реттеу (Еукариоттар)

5mC белгілері ДНК метилтрансферазалары (DNMTs) арқылы геномдық ДНК-ға қойылады. Адамда 5 DNMT бар: DNMT1, DNMT2, DNMT3A, DNMT3B және DNMT3L, ал балдырлар мен саңырауқұлақтарда тағы 3 (DNMT4, DNMT5 және DNMT6) бар. DNMT1 репликация ошақтарын анықтайтын тізбек (RFTS) және 5mC белгілерінің қосылуын катализдейтін CXXC доменін қамтиды. RFTS DNMT1-ді ДНК репликациясы локустарына бағыттайды, бұл ДНК репликациясы кезінде қызыл желілерде 5mC-ні сақтауға көмектеседі, ал CXXC ДНК-ны жаңадан метилирлеу үшін мырыш саусағы доменін қамтиды. DNMT1 барлық адам тіндерінде басым ДНК метилтрансфераза болып табылды. Негізінен DNMT3A және DNMT3B де ново метилирлеуге жауапты, ал DNMT1 репликациядан кейін 5mC белгісін сақтайды. DNMT экспрессиясының өзгеруі бұрмаланған метилирлеуге әкеледі. Шамадан тыс экспрессия метилирлеудің жоғарылауына, ал ферменттің бұзылуы метилирлеу деңгейінің төмендеуіне алып келеді. Окистену TET (Он бір транслокация) диоксигеназалары (TET ферменттері) арқылы жүзеге асырылады, олар 5mC, 5hmC және 5fC-ті оксидталған формаларына айналдыра алады. Дегенмен, фермент 5mC-ге басымдық береді және TET2-мен 5hmC және 5fC конверсиясы үшін бастапқы реакция жылдамдығы 4,9-7,6 есе баяу. TET кофактор ретінде Fe(II) және субстрат ретінде оттегі мен α-кетоглутаратты (α KG) қажет етеді, ал соңғы субстрат изоцитрат дегидрогеназа (IDH) ферментімен изоцитраттан түзіледі. Бірақ, қатерлі ісік 2-гидроксиглутарат (2HG) өндіреді, ол α KG-мен бәсекелесіп, TET белсенділігін төмендетеді, нәтижесінде 5mC-ні 5hmC-қа айналдыру төмендейді.

Қатерлі ісік

Қатерлі ісік кезінде ДНК-да гиперметилдену деп аталатын артық метилдену, сондай-ақ гипометилдену деп аталатын жеткіліксіз метилдену пайда болуы мүмкін. Гендердің промоторлық аймақтарымен беттесетін CpG аралдары де ново метилденеді, нәтижесінде ісіктердің өсуін тежеуге қатысты гендердің бұрыс инактивациясы жүзеге асып, бұл гиперметилденудің мысалы болып табылады. Қатерлі ісік тінін қалыпты тінден салыстырғанда, алғашқысында метилтрансферазалар DNMT1, DNMT3A және көбінесе DNMT3B деңгейінің жоғарылағаны байқалды, олардың барлығы қатерлі ісікте 5mC-нің қалыптан тыс деңгейімен байланысты. Антиопухольдік препарат Цисплатиннің 5mC-мен реакцияға түсетіні хабарланған.

Қартаюдың биомаркері ретінде

"Эпигенетикалық жас" – хронологиялық жас пен геномдағы ДНҚ метилирлеу деңгейі арасындағы байланысты көрсетеді. "Сағаттық CpG" деп аталатын нақты CpG жиынтығындағы ДНҚ метилирлеу деңгейлерін, белгілі бір хронологиялық жастағы геномдық метилирлеудің жалпы деңгейін регрессиялайтын алгоритмдермен байланыстыру, эпигенетикалық жасты болжауға мүмкіндік береді. Жастық кезеңде (0–20 жас) ДНК метилирлеудегі өзгерістер даму мен өсуге байланысты жылдам жүреді, ал жас ұлғайған сайын бұл өзгерістер баяулай бастайды. Эпигенетикалық жасты анықтаудың бірнеше әдісі бар. Хорваттың сағаты 353 CpG-нің көп тінді жиынтығын өлшейді, олардың жартысы жасқа оң, ал қалған жартысы теріс корреляцияны көрсетеді, осылайша эпигенетикалық жасты бағалауға көмектеседі. Ханнумның сағаты 71 CpG-нің ортогональды негізіне сүйене отырып, ересектердің қан үлгілерін пайдаланып жасты есептейді. Левиннің сағаты, DNAm PhenoAge деп белгілі, 513 CpG-ге тәуелді және өлім-жітімді және өмір сүру ұзақтығын болжауда басқа жас анықтағыштардан жоғары, бірақ қан емес тіндерде қиылысқа түсуі мүмкін. ELOVL2 геніндегі жалғыз CpG-нің метилирлену күйі арқылы жасты анықтаушылар туралы хабарлар бар. Жасты анықтау, 5mC метилирлеу маркерлеріне негізделген жасқа байланысты жағдайлардың күтілетін нәтижелері арқылы өмір сүру ұзақтығын болжауға мүмкіндік береді.