DNA-metylering
DNA-metylering är en typ av kemisk modifiering av DNA som innebär att en metylgrupp adderas till en eller flera nukleotider i DNA-molekylen genom metylering. Modifieringen kvarstår på de ursprungliga DNA-strängarna efter replikationen, men de komplementära strängar som syntetiseras under processen blir ometylerade. DNA-metylering är även en del av den epigenetiska koden och den är delaktig i hur gener regleras, främst om gener är påslagna eller avslagna.[1]Graden av metylering i genomet kan till viss del vara ärftligt och spelar en stor roll vid utvecklingen av de flesta typer av cancer på grund av dess förmåga att orsaka mutationer.[2].
Varianter
redigera
Reaktionerna då DNA metyleras katalyseras av metyltransferaser (enzymgrupp). Den kemiska modifieringen sker naturligt på tre olika vis, varav två innebär att kvävebasen cytosin metyleras, antingen på 5'-positionen som ingår i den ringformade strukturen så att 5-metylcytosin bildas, eller på den exocykliska amingruppen vilket leder till N4-metylcytosin som slutprodukt. Den tredje typen av DNA-metylering sker då adenin metyleras till N6-metyladenin. De två sistnämnda produkterna finns endast hos prokaryoter medan 5-metylcytosin även går att hitta hos många andra organismer.[3]
Mutationer
redigeraMetylering både på kvävebaserna och deoxiribosresterna i DNA-molekylen kan även orsakas av vissa cancerogena ämnen. Under denna typ av metylering kan metylerade kvävebaser och deoxiribosrester som normalt inte förekommer i genomet bildas. Detta kan i sin tur leda till att kvävebassekvensen avläses felaktigt under replikationen, med en felaktig basparning som följd. Mutationer kan också uppstå då 5-metylcytosin omvandlas till tymin. Konsekvenser blir att det ursprungliga C:G-paret omvandlas till ett T:A-par i den ena DNA-strängen när kromosomen replikeras.[3] Då det finns ett starkt samband mellan antalet mutationer och förekomsten av cancer kan en hög grad av metylering öka risken för sjukdomen.[4]
Hos däggdjur sker metylering av cytosin mestadels i CG-sekvenser. Sekvensen är förhållandevis ovanlig, troligen på grund av att omvandlingar från C:G-par till T:A-par successivt minskat antalet av den nämnda sekvensen.[3]
Tillämpningar
redigeraMismatch repair
redigeraEn del bakterier - däribland den vanligt förekommande Escherichia coli - utnyttjar DNA-metylering som en metod att minska antalet felaktiga basparningar under replikationen. I dessa bakterier styrs sammansättningen av de nya DNA-strängarna under replikationen av enzymet DNA-polymeras III. Ungefär en av 105 basparningar utförs felaktigt, men enzymet åtgärdar själv cirka en hundradel av dessa. Felfrekvensen för DNA-polymeras III blir alltså därmed 10-7. För att reparera dessa fel krävs att cellens reparationssystem kan skilja på den korrekta och den felaktiga DNA-strängen. Detta sker genom mismatch repair - en metod som till stor del bygger på DNA-metylering.[1]
För att kunna utnyttja denna teknik är bakterierna utrustade med adeninmetylas - ett enzym som metylerar adeninresten i den frekvent förekommande DNA-sekvensen 5'...GATC...3'. Modifieringen kvarstår under hela cellcykeln[1], vilket gör DNA-molekylen tillfälligt hemimetylerad (till hälften metylerad) då det tar ett par minuter innan den nysyntetiserade DNA-strängen är metylerad till samma grad som mall-strängen. Proteinkomplexet MutHLS kan på så sätt skilja på de två DNA-strängarna och fäster vid den felaktiga basparningen samt en närliggande GATC-sekvens. Den muterade strängen markeras genom att komplexet klipper ett jack precis efter GATC-sekvensen och ersätts sedan med ny, korrekt sträng av andra reparationsprotein.[5]
Epigenetik
redigeraCeller i många organismer - däribland samtliga eukaryoter - använder DNA-metylering som en form av genreglering för att påverka hur gener uttrycks[1] och tros vara den epigenetiska mekanism med störst inverkan.[6] Som nämnts tidigare sker metyleringen av DNA vanligen på kvävebasen cytosins 5'-position på båda strängarna i CG-dubbletter. Hos eukaryota organismer är ungefär fem procent av genomet metylerat, men siffran kan variera mellan två och sju procent i olika vävnader. Bevisen för att DNA-metylering påverkar uttrycket av gener grundar sig på att det finns ett starkt omvänt samband mellan graden av metylering och graden av genuttryck - det vill säga ju mer DNA-sekvensen för en specifik gen är metylerad desto mindre uttrycker den sig, och vice versa. Ett exempel på detta är de två x-kromosomerna hos honliga däggdjur, av vilka en är mycket inaktiv och har en högre grad av metylering än den andra. Inom den inaktiva x-kromosomen finns det dock mer aktiva sektioner, som också har en lägre grad av metylering än övriga delar.[1] Utöver dess förmåga att förhindra transkription av gener tros 5-metylcytosin vara en betydande faktor i celldifferentieringen under den embryonala utvecklingen hos däggdjur.[3] Denna förändring är normalt permanent och enkelriktad, vilket hindrar cellen att återgå till stamcellsstadiet eller omdifferentiera till en annan celltyp.[7]
Se även
redigeraReferenser
redigera- ^ [a b c d e] Klug, William S. (2003). Concept of genetics. Upper Saddle River. ISBN 0-13-092998-0
- ^ Rudolf Jaenisch & Adrian Bird (2003). ”Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals”. Nature Genetics. http://www.nature.com/ng/journal/v33/n3s/full/ng1089.html.
- ^ [a b c d] Roberts, Richard J.. ”Nucleic acid”. Britannica School. http://school.eb.co.uk/levels/advanced/article/110801. Läst 29 januari 2015.
- ^ Ehinger, Magnus (2008). Bioteknik - från DNA till protein. Studentlitteratur AB. sid. 69. ISBN 978-91-44-03209-2
- ^ Ehinger, Magnus (2008). Bioteknik - från DNA till protein. Studentlitteratur AB. sid. 71
- ^ Fridovich-Keil, Judith L.. ”Epigenetics”. Britannica School. http://school.eb.co.uk/levels/advanced/article/443047. Läst 29 januari 2015.
- ^ Bradley E. Bernstein, Alexander Meissner, Eric S. Lander (2007). ”The Mammalian Epigenome”. Cell. http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674%2807%2900128-6.