Méthylation d'ADN : Eucaryotes contre des Prokaryotes

La méthylation d'ADN se rapporte au procédé d'ajouter un groupe méthylique aux régions spécifiques de l'ADN. Ce procédé peut provoquer des changements de l'activité de l'ADN sans changer la séquence des nucléotides. Bien que la méthylation d'ADN ait été connue pour se produire depuis les années 1950, son mécanisme et rôles sont encore à l'étude.

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DNMT3 est une enzyme de methlytransferase dDNMT3 est une enzyme de methlytransferase d'ADN trouvée dans les eucaryotes. (Crédit : petarg | Shutterstock).

Méthylation d'ADN dans les prokaryotes

Dans les bactéries, la méthylation d'ADN est employée comme signe pour le règlement d'une interaction spécifique d'ADN-protéine. Les systèmes de méthylation comportent type d'un methylase d'ADN et d'un ou plusieurs protéines obligatoires d'ADN qui peuvent superposer le site de méthylation d'objectif sur l'ADN, par la suite bloquant la méthylation de ce site.

La méthylation du site d'objectif empêche le grippement de protéine, qui peut avoir comme conséquence deux conditions alternatives de méthylation du site d'objectif - méthylé et nonmethylated. Ceci mène à une configuration de méthylation d'ADN qui les préceptes que des gènes sont exprimé, et pour cette raison comment un micro-organisme agit l'un sur l'autre avec l'environnement.

Origines de méthylation d'ADN dans les bactéries

La méthylation de l'ADN fournit un contrôle réversible épigénétique du programme génétique. Cette modification dans les bactéries peut moduler des procédés variés, tels que la régulation de l'expression des gènes et la réplication de l'ADN. En 1953, la première preuve de la méthylation d'ADN a été trouvée dans les bactéries pendant l'infection bactériophage. Dans ce cas, la méthylation d'ADN est provenue comme méthode pour protéger l'ADN bactérien contre l'ADN extérieur du bactériophage.

Le mécanisme de défense mentionné ci-dessus se nomme le système de restriction-modification (système de R-M), et il se compose de deux composantes : Méthyltransférase d'ADN et endonucléase de restriction. La méthyltransférase méthyle une partie spécifique d'ADN, alors que l'endonucléase de restriction fend l'ADN basé sur la séquence.

Pendant que les bactéries se compose des systèmes de restriction et de modification, elles peuvent effectivement différencier entre l'individu de `' et le non-individu' ADN de ` pour limiter l'infection étrangère ou de bactériophage. Ce mécanisme fonctionnent en principe assimilé à la réaction immunitaire innée.

Types de systèmes de restriction-modification dans les bactéries

les systèmes de Restriction-modification dans les bactéries ont des rôles biologiques divers - de la défense contre les éléments génétiques variés qui sont considérés parasites au transfert de gène s'arrêtant et à arrêter l'homogénéisation de lignée.

Ces systèmes peuvent être divisés en quatre types :

Tapez les systèmes d'I sont complexes et se composent des sous-unités indépendantes d'endonucléase et de méthyltransférase de restriction avec une sous-unité courante de la spécificité de reconnaissance d'ADN (s). Ce système identifie les motifs qui sont bipartites et peut se fendre aux distances qui sont loin de la région obligatoire.

Le système de restriction-modification du type II a des enzymes d'endonucléase et de méthyltransférase de restriction. Celles-ci montrent la spécificité obligatoire identique vers l'ADN et grippent aux séquences d'ADN courtes et non-palindromiques. Le clivage se produit également en dehors de la région obligatoire d'ADN dans ce système.

Le système du type III se compose d'une méthyltransférase qui contient le domaine et les composés obligatoires de spécificité d'ADN avec de l'endonucléase de restriction pour le fendage. Ce système grippe également aux motifs et à la coupure courts et palindromiques en dehors de la région du grippement d'ADN. Les systèmes du type IV fendent l'ADN modifié et ils n'ont pas une cloison de méthyltransférase.

Prévalence de méthylation d'ADN dans les bactéries

Dans une étude, les chercheurs ont regardé plus de 200 diverses bactéries et d'autres prokaryotes, tels que des archéobactéries. Ils ont constaté que la méthylation d'ADN était présente dans plus de 90% des organismes et qu'il y avait les accepteurs d'ADN pour plus de 600 systèmes de restriction, indiquant l'énorme quantité de diversité.

Les scientifiques ont également observé de nombreux cas de méthylation d'ADN (même faute de système de restriction) ; ces configurations indiquent le rôle de ce système pour régler le génome à d'autres fins dans les prokaryotes.

Méthylation d'ADN dans les eucaryotes

La méthylation de l'ADN dans les eucaryotes est contact-hors circuit employé souvent l'activité de signalisation des gènes. La méthylation d'ADN a été montrée pour avoir un rôle majeur dans plusieurs procédés eucaryotiques, tels que le développement embryonnaire, le génome imprimant, l'inactivation du chromosome X, et préservant généralement la stabilité des chromosomes. Le procédé est très spécifique dans les mammifères, où le procédé de méthylation pour 75% de tous les dinucléotides de CpG est en cellules somatiques.

Vu l'étendue de l'incidence de la méthylation d'ADN, il n'est pas étonnant que ces effets soient également liés à plusieurs maladies, y compris ceux trouvés chez l'homme. Dans les mammifères, la configuration globale de méthylation l'effectue contestant pour déterminer si la méthylation est une condition de défaut ou réellement visé vers des séquences spécifiques des gènes. Cependant, les îles de CpG se produisent habituellement près des sites de début de transcription, proposant qu'il y ait un système pour la reconnaissance.

Découverte de méthylation d'ADN dans les eucaryotes

Pour comprendre les rôles exacts de la méthylation d'ADN, les scientifiques J.D. McGhee et le G.D. Ginder ont regardé le statut de méthylation de cellules qui ont exprimé et n'ont pas exprimé le gène de bêta-globine. Ils ont constaté qu'en cellules que le lieu de bêta-globine unmethylated dans les cellules qui ont exprimé la bêta-globine, alors que les cellules méthylées n'exprimaient pas la bêta-globine. Ces résultats ont proposé que la méthylation pourrait être impliquée dans l'expression des gènes.

Par la suite, l'effet de la méthylation a été étudié suivre des méthodes plus directes, telles qu'employer des analogues chimiques. l'azacytidine 5 est un analogue de produit chimique pour la cytidine de nucléoside. Une fois comportée au brin d'ADN, elle peut empêcher l'action des enzymes de méthyltransférase d'ADN. Ainsi, ceci peut être employé pour impliquer l'importance des méthyltransférases d'ADN dans le profil d'expression du gène. Suivre cette méthode, les chercheurs ont constaté que la méthylation d'ADN pourrait affecter le procédé de différenciation cellulaire.

Mécanisme de méthylation d'ADN dans les eucaryotes

La méthylation d'ADN se produit habituellement aux bases de cytosine dans le génome eucaryote, qui mène à la formation du methylcytosine 5. Pendant que les résidus modifiés se trouvent souvent à côté des nucléotides de guanine, ceci a comme conséquence les résidus méthylés de cytosine qui se trouvent diagonalement entre eux.

Il y a deux modes de méthylation d'ADN en cellules eucaryotes. La première méthode est une méthylation de novo appelée, qui concerne permuter la configuration de méthylation pendant la formation de l'embryon ou de la différenciation en cellules adultes. Deux classes des méthyltransférases, du DNMT3a et du DNMT3b se sont avérées impliquées dans la méthylation de novo.

Réciproquement, la méthylation de maintenance tombe dans la deuxième catégorie. Cette classe des méthyltransférases d'ADN met à jour la configuration de méthylation une fois qu'on le détermine. DNM1 était la première méthyltransférase de souris qui a été décrite par Bestor et collègues. Cette enzyme s'est avérée pour avoir l'activité de méthylation de maintenance élevée et est en critique importante pour le développement de souris.

Il y a également deux mécanismes pour retirer la configuration existante de méthylation. La première méthode concerne le demethylation passif où DNM1 ne met pas à jour la configuration de méthylation. Dans la deuxième méthode, certains demethylases exécutent activement le demethylation pour retirer les configurations.

Visualisation de la configuration de méthylation

On peut observer la méthylation directement en souillant les cellules pour le methylcytosine 5 immunofluorescently marqué. Les mammifères ont souvent une distribution globale du CpG ou du nucléoside de cytosine suivi du nucléotide de guanine dans une séquence linéaire. Cependant, les invertébrés hébergent une configuration de mosaïque de méthylation où il y a des régions de méthylation lourde suivies des régions non-méthylées. Des centrales sont également hautement méthylées, avec jusqu'à 50% de résidus de cytosine aux centrales étant méthylées. Seulement des séquences répétitives sont méthylées dans les champignons, et quelques espèces manquent complet de la méthylation.

Rôle de méthylation d'ADN dans la maladie humaine

Car la méthylation a des rôles critiques pendant l'expression du gène et pendant la différenciation cellulaire, toutes les erreurs dans ce procédé peuvent mener à une condition de la maladie. Certaines des maladies qui sont connues pour être associées aux défectuosités dans l'impression de gène comprennent le cancer, le lupus, la dystrophie musculaire, plusieurs anomalies congénitales, la méthylation etc. ADN ont été même impliquées dans beaucoup de maladies cardio-vasculaires, y compris l'athérosclérose.

La compréhension du procédé des modifications épigénétiques peut être inestimable pour comprendre et éviter ces complications. Une énorme quantité de recherche actuel exécutée pour comprendre la tige entre la méthylation d'ADN et les maladies est concentrée sur le cancer et les gènes suppresseur de tumeur.

Les gènes suppresseur de tumeur sont les gènes qui sont habituellement amortis dans les cellules avec le cancer dû à la hyperméthylation ; d'autre part, les génomes des cellules cancéreuses ont les gènes hypomethylated par combinaison comparés aux cellules normales.

Gènes impliqués dans la régulation du cycle cellulaire, l'invasion de cellule tumorale, la réparation de l'ADN, et toute autre forme d'événements une exception comme ils hypermethylated en cellules cancéreuses. Dans ces cas, l'amortissement dû à la hyperméthylation propage la métastase. Par exemple, la hyperméthylation est visible pendant les stades précoces du cancer du côlon et a même le potentiel de servir de biomarqueur de la maladie.

Eucaryotes contre des Prokaryotes

Dans les eucaryotes, la méthylation d'ADN se produit seulement sur les résidus de cytosine et particulièrement pour les séquences de CpG. Considérant que dans les prokaryotes, la méthylation des résidus d'adénine est le signe épigénétique primaire. Les eucaryotes emploient seulement quelques méthyltransférases d'ADN ; les numéros sont beaucoup plus élevés dans les bactéries où la plupart d'entre elles a la spécificité élevée de séquence. Par exemple, les pylores gastriques humains importants de hélicobacter d'agent pathogène a un grand répertoire des gènes de méthyltransférase d'ADN, avec contenir différent de tensions différent et des séquences plutôt seules.

Cependant, le fonctionnement protecteur de la méthylation d'ADN est assimilé en travers des prokaryotes et des eucaryotes. Par exemple, des séquences virales insérées chez l'homme et des rongeurs peuvent être méthylées pour amortir les gènes introduits. Les mêmes mécanismes pour amortir les transgènes ont été aussi bien trouvés chez les souris. Par conséquent, la reconnaissance et les fonctionnements d'élimination des machines de méthylation d'ADN semblent être économisés dans l'évolution.

Car le génome eucaryote est comparé beaucoup plus complexe au génome procaryotique, plusieurs études ont proposé le rôle de la cytosine méthylée car une « cinquième base » dans le génome eucaryote. En outre, beaucoup d'expériences prouvent que la méthylation de la cytosine est impliquée dans la réorganisation fonctionnelle du génome eucaryote.

Sources

Further Reading

Last Updated: Jun 28, 2019

Dr. Surat P

Written by

Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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