3.3 Метилирование днк во время эмбриогенеза
Во время эмбриогенеза закономерно сменяют друг друга "волны" метилирования - деметилирования, в результате которых в конечном итоге устанавливается строго определенный рисунок метилирования конкретных генов и генома в целом. Он стабильно сохраняется в популяциях соматических клеток.
Так, на стадии 1-2-клеточных делений происходит тотальное деметилирование генома, устраняющее профиль, сформированный в исходных половых клетках. Оно продолжается до стадии имплантации бластоциста. Относительно природы этого процесса существуют две точки зрения.
Согласно гипотезе "активного деметилирования", остатки 5-метилцитозина удаляются из ДНК независимо от репликации благодаря активности обнаруженной в конце 90-х гг гликозилазы или ДНК-деметилазы. Последняя - весьма вероятный кандидат на роль агента, осуществляющего глобальное деметилирование генома.
Противоположная точка зрения заключается в том, что деметилирование генома в эмбриональном развитии - процесс пассивный, который сводится к подавлению сопряженного с репликацией так называемого "поддерживающего" метилирования. После имплантации бластоциста начинается процесс охватывающего весь геном метилирования (метилирование de поvо, профиль которого в целом сохраняется в соматических клетках взрослого индивидуума.
3.4 Регуляция экспрессии с помощью метилирования днк
В случае промоторов содержащих CpG островки, отсутствие метилирования, как правило, ассоциировано со структурой хроматина, характерной для активно транскрибируемых генов, а именно: открытая структура нуклеосом, пониженная концентрация гистона Н1 и наличие ацетилированных гистонов. Способность метилирования к выключению генов имеющих CpG островок в промоторе была исследована на примере инактивированных генов на Х-хромосоме.
Эксперименты по трансфекции показали, что инактивация происходит прежде всего в результате конденсации хроматина, формирующего структуру труднодоступную для транскрипционных факторов. В подобной ситуации метилирование конкретного цитозина, приводящее к нарушению связывания транскрипционного фактора в конкретном месте, играет незначительную роль. Существенно отличается от вышеописанной ситуация, когда в промоторе гена нет CpG островка. В этом случае метилирование каждого конкретного цитозина играет роль в регуляции экспрессии гена. Данное наблюдение объясняется зависимостью связывания транскрипционных факторов от наличия метилированных цитозинов в сайтах связывания. Этот феномен был описан для такого широко распространенного транскрипционного фактора как AP-2. Зависимость эффективности связывания от статуса метилирования была предположена и для Sp1, однако в этом случае данные остаются противоречивыми.
Другой механизм регуляции транскрипции на основании метилирования отдельных цитозинов базируется на активности метил связывающихся белков - MDBPs. Первый описанный белок этого семейства - MeCP1, описанный Мееханом с коллегами связывается в ДНК при наличии не менее 7-и метилированных CpG динуклеотидов, и поэтому не может играть важной роли в регуляции экспрессии генов, не имеющих CpG островка в промоторе. В отличие от MeCP1, MeCP2 (MDBP-2) достаточно единственного метилированного CpG динуклеотида для связывания и активного подавления транскрипции.
В дополнение к этим двум белкам Хендрих и Бёрд описали семейство белков с высокой степенью гомологии с MeCP2. Все белки этого семейства имеют ДНК связывающийся домен и домен, отвечающий за подавление транскрипции. Все эти данные в комплексе доказывают важность метилирования ДНК для регуляции транскрипции генов (см. Рис.2).
Рис.2. Метилирование ДНК, 5-метилцитозин (mC) и его дезаминирование, приводящее к нуклеотидным заменам, р – остаток фосфорной кислоты. Репликация ДНК при отсутствии ДНК-метилтрансферазы приведёт к «пассивному» деметилированию [1].