5metylocytozyny

5-metylocytozyna (5mC) to metylowana forma cytozyny, w której grupa metylowa przyłączona jest do piątego atomu pierścienia cytozyny. W genomach wielu organizmów 5mC występuje głównie w parowanych dinukleotydach CpG i odgrywa kluczową rolę w regulacji ekspresji genów.

Rola epigenetyczna: metylacja DNA wpływa na strukturę chromatyny i zwykle wiąże się z represją transkrypcji. Wzorce metylacji są dynamiczne w rozwoju, uczestniczą w imprintingu genowym i inaktywacji chromosomu X. Zaburzenia metylacji są powiązane z licznymi stanami chorobowymi, w tym z nowotworami.

Mechanizm i enzymy: metylację katalizują DNA metyltransferazy (DNMT). DNMT1 zapewnia utrzymanie metylacji podczas replikacji, DNMT3A i DNMT3B wytwarzają metylację de novo. Demetylacja przebiega głównie poprzez enzymy TET, które utleniają 5mC do 5-hydroksymetylocytozyny (5hmC) i dalej do 5-formylocytozyny oraz 5-carboxycytozyny, a następnie prowadzą do naprawy DNA lub rozcieńczenia podczas replikacji.

Mutacje i mutageneza: 5mC ulega deaminacji do timiny, co stanowi częsty mechanizm powstawania mutacji C>T w genomie. Ze względu na wysoką częstość występowania w CpG jest to ważny czynnik w ewolucji sekwencji i w patomechanizmach chorób.

Występowanie i znaczenie: u ssaków dominują metylacje CpG, choć w niektórych tkankach obserwuje się również metylację nie-CpG. Metylacja DNA odgrywa istotną rolę w imprintingu, stabilności genomu i regulacji rozwoju. Profilowanie metylacji ma znaczenie diagnostyczne i prognostyczne w onkologii oraz w badaniach rozwojowych.

Metody badawcze: do wykrywania 5mC stosuje się bisulfitową konwersję DNA, która różnicuje metylowaną i niemetyloowaną cytosinę, umożliwiając sekwencjonowanie. Inne techniki obejmują mikromacierze metylacyjne, sekwencjonowanie bisulfite i różne podejścia umożliwiające odróżnienie 5mC od 5hmC.

Uwaga: termin 5-metylocytozyna odnosi się przede wszystkim do metylacji DNA; w RNA również stwierdzono obecność 5-metyloocytozyny (5mC w RNA), lecz dotyczy to innego kontekstu biologicznego.