Metilación de la DNA: Eucariotas comparado con Prokaryotes

La metilación de la DNA refiere al proceso de agregar a un grupo metílico a las regiones específicas de DNA. Este proceso puede causar cambios en la actividad de la DNA sin el cambio de la serie de nucleótidos. Aunque la metilación de la DNA se haya sabido para ocurrir desde los años 50, su mecanismo y papeles todavía están bajo investigación.

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DNMT3 es una enzima del methlytransferase de la DNA encontrada en eucariotas.DNMT3 es una enzima del methlytransferase de la DNA encontrada en eucariotas. (Haber: petarg | Shutterstock).

Metilación de la DNA en prokaryotes

En bacterias, la metilación de la DNA se utiliza como señal para la regla de una acción recíproca específica de la DNA-proteína. Los sistemas de la metilación comprenden típicamente de un methylase de la DNA y de una o más proteínas obligatorias de la DNA que puedan recubrir el sitio de la metilación del objetivo en la DNA, posteriormente cegando la metilación de ese sitio.

La metilación del sitio del objetivo inhibe el atascamiento de la proteína, que puede dar lugar a dos estados alternativos de la metilación del sitio del objetivo - desnaturalizado y nonmethylated. Esto lleva a una configuración de la metilación de la DNA que las órdenes que los genes se expresan, y por lo tanto cómo un microorganismo obra recíprocamente con el ambiente.

Orígenes de la metilación de la DNA en bacterias

La metilación de la DNA ofrece un mando reversible epigenético del programa genético. Esta modificación en bacterias puede modular diversos procesos, tales como la regla de la expresión génica y de la réplica de la DNA. En 1953, las primeras pruebas de la metilación de la DNA fueron encontradas en bacterias durante la infección bacteriófaga. En este caso, la metilación de la DNA originó como método para proteger la DNA bacteriana contra la DNA extraña del fago.

El mecanismo de defensa ya mencionado se llama el sistema de la restricción-modificación (sistema del R-M), y consiste en dos componentes: Methyltransferase de la DNA y endonuclease de la restricción. El methyltransferase desnaturaliza una sección específica de la DNA, mientras que el endonuclease de la restricción hiende la DNA basada en la serie.

Mientras que las bacterias consisten en los sistemas de la restricción y de la modificación, pueden distinguir efectivo entre la DNA del no-uno mismo del ` del uno mismo del `' y' para restringir la infección no nativa o del bacteriófago. Este mecanismo en principio trabaja similar a la inmunorespuesta natural.

Tipos de sistemas de la restricción-modificación en bacterias

los sistemas de la Restricción-modificación en bacterias tienen papeles biológicos multíples - de la defensa contra los diversos elementos genéticos que se consideran parásitos a la transferencia del gen que para y a parar la homogeneización del linaje.

Estos sistemas se pueden dividir en cuatro tipos:

Pulse los sistemas de I son complejo y consisten en subunidades separadas del endonuclease y del methyltransferase de la restricción junto con una subunidad común de la especificidad del reconocimiento de la DNA (s). Este sistema reconoce los adornos que son bipartitos y puede hender en las distancias que son lejos de la región obligatoria.

El tipo sistema de la restricción-modificación de II tiene enzimas del endonuclease y del methyltransferase de la restricción. Éstos muestran especificidad obligatoria idéntica hacia la DNA y atan a las series cortas, no-palindrómicas de la DNA. La hendidura también suceso fuera de la región obligatoria de la DNA en este sistema.

El tipo sistema de III consiste en un methyltransferase que contenga el dominio y los complejos obligatorios de la especificidad de la DNA con el endonuclease de la restricción para hender. Este sistema también ata a los adornos y al corte cortos, palindrómicos fuera de la región de atascamiento de la DNA. El tipo sistemas de IV hiende la DNA modificada y no tienen una partición del methyltransferase.

Incidencia de la metilación de la DNA en bacterias

En un estudio, los investigadores observaban más de 200 bacterias diversas y otros prokaryotes, tales como archaea. Encontraron que la metilación de la DNA estaba presente en más el de 90% de los organismos y que había puntos de enlace de la DNA para más de 600 sistemas de la restricción, indicando la cantidad enorme de diversidad.

Los científicos también observaron casos numerosos de la metilación de la DNA (incluso en ausencia de un sistema de la restricción); estas configuraciones indican el papel de este sistema para regular el genoma para otros fines en prokaryotes.

Metilación de la DNA en eucariotas

La metilación de la DNA en eucariotas es interruptor-lejos de uso frecuente la actividad de la transmisión de señales de los genes. La metilación de la DNA se ha mostrado para tener un papel importante en varios procesos eucarióticos, tales como revelado embrionario, genoma imprimiendo, desactivación del cromosoma X, y preservando generalmente la estabilidad de cromosomas. El proceso es muy específico en mamíferos, donde está el proceso de la metilación para el 75% de todos los dinucleótidos de CpG en células somáticas.

En vista de la escala del impacto de la metilación de la DNA, no es de extrañar que estos efectos también están conectados a varias enfermedades, incluyendo ésos encontrados en seres humanos. En mamíferos, la configuración global de la metilación lo hace que desafía para determinar si la metilación es un estado de omisión o apuntado real hacia series específicas de genes. Sin embargo, las islas de CpG ocurren generalmente cerca de los sitios del comienzo de la transcripción, sugiriendo que hay un sistema para el reconocimiento.

Descubrimiento de la metilación de la DNA en eucariotas

Para entender el papeles exacta de la metilación de la DNA, los científicos J.D. McGhee y G.D. Ginder observaban el estado de la metilación de las células que expresaron y no expresaron el gen de la beta-globina. Encontraron que en células que el lugar geométrico de la beta-globina unmethylated en las células que expresaron la beta-globina, mientras que las células desnaturalizadas no expresaron la beta-globina. Estos resultados sugirieron que la metilación se podría implicar en la expresión de genes.

Posteriormente, el efecto de la metilación fue estudiado usando métodos más directos, tales como usar análogos químicos. el azacytidine 5 es un análogo de la substancia química para la citidina del nucleósido. Cuando está incorporado en el cabo de la DNA, puede inhibir la acción de las enzimas del methyltransferase de la DNA. Así, esto se puede utilizar para deducir la importancia de los methyltransferases de la DNA en el perfil de la expresión génica. Usando este método, los investigadores encontraron que la metilación de la DNA podría afectar al proceso de la diferenciación de célula.

Mecanismo de la metilación de la DNA en eucariotas

La metilación de la DNA ocurre generalmente en las bases de la citosina en el genoma eucariótico, que lleva a la formación del methylcytosine 5. Mientras que los residuos alterados están mintiendo a menudo adyacente a los nucleótidos de la guanina, éste da lugar a los residuos desnaturalizados de la citosina que mienten diagonalmente el uno al otro.

Hay dos maneras de la metilación de la DNA en células eucarióticas. El primer método se llama la metilación de novo, que implica el cambiar de la configuración de la metilación durante la formación de embrión o de diferenciación en células adultas. Dos clases de methyltransferases, de DNMT3a y de DNMT3b se han mostrado para ser implicadas en la metilación de novo.

Inversamente, la metilación del mantenimiento baja en la segunda categoría. Esta clase de los methyltransferases de la DNA mantiene la configuración de la metilación una vez que se establece. DNM1 era el primer methyltransferase del ratón que fue descrito por Bestor y los colegas. Esta enzima fue encontrada para tener actividad de la metilación del alto mantenimiento y es crítico importante para el revelado del ratón.

Hay también dos mecanismos para quitar la configuración existente de la metilación. El primer método implica el demethylation pasivo donde DNM1 no mantiene la configuración de la metilación. En el segundo método, ciertos demethylases realizan activamente el demethylation para quitar las configuraciones.

Visualización de la configuración de la metilación

La metilación puede ser observada directamente manchando las células para el methylcytosine immunofluorescently etiqueta 5. Los mamíferos tienen a menudo una distribución global de CpG o del nucleósido de la citosina seguido por el nucleótido de la guanina en una serie lineal. Sin embargo, los invertebrados abrigan una configuración de mosaico de la metilación donde hay regiones de metilación pesada seguidas por regiones no-desnaturalizadas. Las instalaciones también se desnaturalizan altamente, con el hasta 50% de residuos de la citosina en las instalaciones que son desnaturalizadas. Solamente las series repetidores se desnaturalizan en hongos, y un ciertas especies faltan totalmente la metilación.

Papel de la metilación de la DNA en enfermedad humana

Pues la metilación tiene papeles críticos durante la expresión génica y durante la diferenciación de célula, cualquier desvío en este proceso puede llevar a un estado de la enfermedad. Algunas de las enfermedades que se saben para ser asociadas a defectos en la impresión del gen incluyen el cáncer, el lupus, la distrofia muscular, varios defectos de nacimiento, la metilación de la DNA del etc. incluso se han implicado en muchas enfermedades cardiovasculares, incluyendo ateroesclerosis.

La comprensión del proceso de cambios epigenéticos puede ser inestimable para entender y prevenir estas complicaciones. Una gran cantidad de investigación realizada actualmente para entender el eslabón entre la metilación de la DNA y las enfermedades se centra en genes del cáncer y de supresor del tumor.

Los genes de supresor del tumor son los genes que se imponen silencio generalmente en las células con el cáncer debido al hypermethylation; por otra parte, los genomas de células cancerosas tienen genes hypomethylated guardapolvo comparados a las células normales.

Genes implicados en la regla del ciclo celular, la invasión de la célula del tumor, la reparación de la DNA, y la otra forma de las acciones una anomalía como hypermethylated en células cancerosas. En estos casos, el imponer silencio debido al hypermethylation propaga la metástasis. Por ejemplo, el hypermethylation es visible durante los primeros tiempos del cáncer de colon e incluso tiene el potencial de servir como biomarker de la enfermedad.

Eucariotas comparado con Prokaryotes

En eucariotas, la metilación de la DNA ocurre solamente en los residuos de la citosina y específicamente para las series de CpG. Considerando que en prokaryotes, la metilación de los residuos de la adenina es la señal epigenética primaria. Los eucariotas utilizan solamente algunos methyltransferases de la DNA; los números son mucho más altos en las bacterias donde la mayor parte de tienen alta especificidad de la serie. Por ejemplo, los píloros gástricos humanos importantes de Helicobacter el patógeno tienen un repertorio grande de los genes del methyltransferase de la DNA, con diverso contener de las deformaciones diferente y series bastante únicas.

Sin embargo, la función protectora de la metilación de la DNA es similar a través de prokaryotes y de eucariotas. Por ejemplo, las series virales insertadas en seres humanos y roedores se pueden desnaturalizar para imponer silencio a los genes introducidos. Los mismos mecanismos para imponer silencio a los transgenes se han encontrado en ratones también. Por lo tanto, el reconocimiento y las funciones de la eliminación de la maquinaria de la metilación de la DNA parecen ser conservados en la evolución.

Pues el genoma eucariótico es mucho más complejo comparado al genoma procariótico, varios estudios han propuesto el papel de la citosina desnaturalizada pues una “quinta base” en el genoma eucariótico. Además, muchos experimentos muestran que la metilación de la citosina está implicada en la reorganizaci n funcional del genoma eucariótico.

Fuentes

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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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