5-甲基胞嘧啶的结构
胞嘧啶甲基化为5-甲基凯发k8娱乐-凯发k8一触即发，是一种表观遗传的基因调控机制，对所有组织的衰老和疾病都有影响。基因调控中更常见的方面是转录因子与基因启动子中的同源dna序列的结合。然而，表观遗传机制也在不改变基因组dna序列的前提下控制着基因表达。这个表观基因组字面意思是“覆盖在基因组上”。从根本上说，表观遗传调控控制着染色质的结构，从而影响dna结合蛋白对dna的访问。染色质由与核小体核心组蛋白(h2a，h2b，h3，h4)相关的基因组dna组成。其基本亚基是核小体，由组蛋白八聚体（每种组蛋白中的两种）组成，dna绕其缠绕约两圈。dna甲基化通过组蛋白翻译后修饰的交叉作用改变染色质结构。
5-甲基胞嘧啶及其与胞嘧啶，胸腺嘧啶和尿嘧啶的转化如图1a所示。在哺乳动物中，胞嘧啶的甲基化最常见于cpg二核苷酸(methyl-cpg)。cpg基序的两条链中的胞嘧啶都是甲基化的。在哺乳动物基因组中，cpg二核苷酸的相对频率低于预期，并且cpg基序在基因启动子区域中更为普遍。甲基-cpg可以随着时间的推移脱氨基转化为tpg，除非关键功能维持了基序。非cpg胞嘧啶的甲基化确实发生，但这种甲基化的程度在大多数组织中尚不清楚。
图1
a. 胞嘧啶，最常见于cpg二核苷酸，可以通过dna甲基转移酶（dnmt）在环的5位甲基化以产生5-甲基胞嘧啶。5-甲基胞嘧啶在非必需的cpg二核苷酸中的脱氨作用导致它们通过基因组逐渐转化为tpg。因此，cpg基序在转录起始位点附近更集中。与胞嘧啶相比，5-甲基胞嘧啶对亚硫酸氢盐催化脱氨反应的抗性相对较强，为cpg甲基化状态的生化测定奠定了基础。非甲基化的胞嘧啶被转化为尿嘧啶，并在基于pcr的扩增过程中被胸腺嘧啶所取代。
b. mecp2甲基dna结合域(mbd)与bdnf启动子内的5-甲基胞嘧啶结合的x射线晶体结构。互补的dna链是绿色和粉色的，mbd结构域是蓝色的，甲基化的胞嘧啶呈现为球状和棒状结构。同一cpg二核苷酸内的5-甲基(箭头所示)与dna双螺旋同侧的mdb相互作用。
c. 沉默基因具有封闭的染色质结构和紧密的核小体包装，其特征是非乙酰化组蛋白。在一些基因(右上)，dna(cpg)甲基化(me)加强了这一点。甲基-cpg结合蛋白（mecp2），募集组蛋白去乙酰化酶（hdac），防止组蛋白乙酰化。沉默的基因被先驱转录因子（tf）激活，其利用组蛋白乙酰转移酶（hat）募集染色质重塑复合物（crc），并且如果需要，还可以使用dna-去甲基化酶活性。组蛋白乙酰化（ac）开始解包核小体，提供其他转录因子（tf2，tf3）和hat的途径。一些hat结合乙酰化侧链并乙酰化另外的组蛋白位点。表达的基因（右下）具有开放的染色质结构，并提供对rna聚合酶-ii（pol-ii）的转录。
5-甲基胞嘧啶的检测
常用的检测5-甲基胞嘧啶的方法有好几种。甲基胞嘧啶特异性抗体可用于捕获甲基化的dna片段，然后通过qpcr或与dna阵列的杂交来定量。其他流行的方法开始于亚硫酸氢盐催化的胞嘧啶在5-甲基胞嘧啶保持不反应的条件下脱氨化为尿嘧啶(图1a)。甲基化特异性pcr（msp）需要两个引物组，其在亚硫酸氢盐转化后扩增甲基化或非甲基化靶标。另一种方法使用亚硫酸氢盐测序，需要pcr引物在其序列中不包含cpg(每个c变成t)。得到的pcr产物可以直接测序以评估链特异性甲基化，或亚克隆以在单个分子采样中测序c/t转换。最近，羟甲基胞嘧啶已成为5-甲基胞嘧啶的化学修饰。
5-甲基胞嘧啶的功能
5-甲基胞嘧啶通过两种方式影响基因表达。首先，cpg基序可能是同源结合位点的一部分，甲基化可能会阻断蛋白质结合。其中一个例子是染色质绝缘子--ccctc结合因子。其次，甲基dna结合蛋白(mbps)招募包含组蛋白去乙酰化酶(hdacs)和组蛋白甲基转移酶(hmts)的抑制复合物。
dna甲基化对于x染色体失活、基因组印迹和发育过程中的转录沉默/激活是必不可少的。哺乳动物有三种类型的dna甲基转移酶：dnmt1，dnmt2和相关的dnmt3a和3b。dnmt1通过作用于半甲基化的dna，有助于在细胞分裂过程中维持dna甲基化模式。dnmt2具有较弱的活性并且靶向trna。dnmt3a和dnmt3b可作用于非甲基化dna。
5-甲基胞嘧啶的相关疾病
dnmt3b的突变导致常染色体隐性遗传疾病免疫缺陷，着丝粒不稳定和面部异常（icf）综合征。dna甲基化对于基因组印记也是必不可少的，其中父本或母本的等位基因被沉默。例如，胰岛素样生长因子-2由父本等位基因表达的。大约7％的表达基因显示随机单等位基因表达。基因组印记缺陷涉及普瑞德-威利综合征、安格尔曼综合征、贝克米斯-威德曼综合征和一些癌症。
癌症、类风湿性关节炎、纤维化、心脏和神经退行性疾病在等疾病的病因可能是5-甲基胞嘧啶模式的变化来介导的。对同卵双胞胎的研究表明，包括老年性黄斑变性在内的几种与年龄相关的疾病具有显着的非遗传贡献。同卵双胞胎可呈现不一致的表型，其与dna甲基化和基因表达模式的差异相关。这些表观遗传差异的程度随着年龄的增长而增加。环境因素，如饮食，也会改变衰老过程中的dna甲基化模式。
未来的研究方向
我们需要对dna甲基化进行全基因组研究，以确定基因表达中与年龄相关的变化是否与启动子dna甲基化的变化相关。许多基因会降低老年人视网膜中的表达，包括雌激素受体（er）。er基因启动子的超甲基化与其在非眼组织中的表达降低相关，这表明在衰老的视网膜中可能存在类似的表观遗传机制。
另外，我们还需要在发育过程中对dna甲基化进行组织特异性研究，以揭示哪些基因在表达前已经过甲基化（如rbp3）），而哪些没有。为实现这一目标，人们目前正在寻求围绕转录起始位点的5-甲基胞嘧啶的全基因组chip分析。
本文由凯发k8娱乐-凯发k8一触即发整理发布，素材来源于网络，凯发k8一触即发的版权归作者所有，转载请注明出处！