西安小熊在线:又是知道什么是DNA甲基化及其机制？

DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一,可能存在于所有高等生物中.DNA甲基化能关闭某些基因的活性,去甲基化则诱导了基因的重新活化和表达.
1.DNA甲基化的主要形式
5-甲基胞嘧啶,N6-甲基腺嘌呤和7-甲基鸟嘌呤.在真核生物中,5-甲基胞嘧啶主要出现在CpG和CpXpG中,原核生物中CCA/TGG和GATC也常被甲基化.
真核生物细胞内存在两种甲基化酶活性:一种被称为日常型(mainte-nance)甲基转移酶,另一种是从头合成(denovo synthesis)甲基转移酶.前者主要在甲基化母链(模板链)指导下使处于半甲基化的DNA双链分子上与甲基胞嘧啶相对应的胞嘧啶甲基化.日常型甲基转移酶常常与DNA内切酶活性相耦联,有3种类型.II类酶活性包括内切酶和甲基化酶两种成分,而I类和III类都是双功能酶,既能将半甲基化DNA甲基化,又能降解外源无甲基化DNA.
由于甲基化胞嘧啶极易在进化中丢失,所以,高等真核生物中CG序列远远低于其理论值.哺乳类基因组中约存在4万个CG islands,大多位于转录单元的5'区.
没有甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用,就可能被氧化成为U,被DNA修复系统所识别和切除,恢复成C.已经甲基化的胞嘧啶发生脱氨基作用, 它就变为T, 无法被区分.因此, CpG序列极易丢失.

结构基因含有很多CPG 结构, 2CPG 和2GPC 中两个胞嘧啶的5 位碳原子通常被甲基化, 且两个甲基集团在DNA 双链大沟中呈特定三维结构。基因组中60%～ 90% 的CPG 都被甲基化, 未甲基化的CPG 成簇地组成CPG 岛, 位于结构基因启动子的核心序列和转录起始点。有实验证明超甲基化阻遏转录的进行。DNA 甲基化可引起基因组中相应区域染色质结构变化, 使DNA 失去核酶ö限制性内切酶的切割位点, 以及DNA 酶的敏感位点, 使染色质高度螺旋化, 凝缩成团, 失去转录活性。5 位C 甲基化的胞嘧啶脱氨基生成胸腺嘧啶, 由此可能导致基因置换突变, 发生碱基错配: T2G, 如果在细胞分裂过程中不被纠正,就会诱发遗传病或癌症, 而且, 生物体甲基化的方式是稳定的, 可遗传的。
DNA 甲基转移酶有两种: 1) DNM T1, 持续性DNA 甲基转移酶—— 作用于仅有一条链甲基化的DNA 双链, 使其完全甲基化, 可参与DNA 复制双链中的新合成链的甲基化,DNM T1 可能直接与HDAC (组蛋白去乙酰基转移酶) 联合作用阻断转录; 2)DNM T3a、DNM T3b从头甲基转移酶, 它们可甲基化CPG, 使其半甲基化, 继而全甲基化。从头甲基转移酶可能参与细胞生长分化调控, 其中DNM T3b在肿瘤基因甲基化中起重要作用。
DNA 去甲基化有两种方式: 1) 被动途径: 由于核因子N F 粘附甲基化的DNA , 使粘附点附近的DNA不能被完全甲基化, 从而阻断DNM T1 的作用; 2) 主动途径: 是由去甲基酶的作用, 将甲基集团移去的过程。在DNA 甲基化阻遏基因表达的过程中, 甲基化CPG 粘附蛋白起着重要作用。虽然甲基化DNA 可直接作用于甲基化敏感转录因子E2F、CREB、A P2、CM ycöM yn、N F2KB、Cmyb、Ets, 使它们失去结合DNA 的功能从而阻断转录, 但是, 甲基化CPG 粘附分子可作用于甲基化非敏感转录因子(SP1、CTF、YY1) , 使它们失活, 从而阻断转录。人们已发现5 种带有恒定的甲基化DNA 结合域(MBD ) 的甲基化CPG 粘附蛋白。其中M ECP2、MBD1、MBD2、MBD3 参与甲基化有关的转录阻遏;MBD1 有糖基转移酶活性, 可将T 从错配碱基对TöG 中移去,MBD4 基因的突变还与线粒体不稳定的肿瘤发生有关。在MBD2 缺陷的小鼠细胞中, 不含M ECP1 复合物, 不能有效阻止甲基化基因的表达。这表明甲基化CPG 粘附蛋白在DNA 甲基化方式的选择, 以及DNA 甲基化与组蛋白去乙酰化、染色质重组相互联系中的有重要作用。

DNA甲基化是后天基因沉默的一种主要决定性因素，在这个复杂的过程中，有三种DNA甲基转移酶催化S-腺苷-L-甲硫氨酸的一个甲基转移并加到胞嘧啶的5位碳上。这一过程与转录调节、染色体结构、外源DNA侵袭时细胞的自我保护密切相关。DNA甲基化多发生在CpG二核苷岛，是最常见的哺乳动物基因组DNA后天修饰。CpG岛是幼体突变及肿瘤抑制基因失活性突变中非常重要的发生位点。在人类癌症中，大约有25%的p53基因的突变发生在CpG岛。在癌细胞中，有大量的基因组发生了低甲基化，尤其在那些包含重复元件的正常的超甲基化并沉默的区域也发生了彻底的去甲基化。在很多癌症发生的实验模型中，这种甲基数量的降低在肿瘤发生的早期就出现了。