5-гидроксиметилцитозин
| |
| |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК
4-Амино-5-(гидроксиметил)пиримидин-2(1H ) -он | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
| КЭБ | |
| ХимическийПаук | |
ПабХим CID
|
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| C5H7N3OC5H7N3O2 | |
| Молярная масса | 141.13 g/mol |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
| |
5-Гидроксиметилцитозин (5hmC) представляет собой ДНК пиримидиновое азотистое основание , полученное из цитозина . Это потенциально важно в эпигенетике , поскольку гидроксиметильная группа цитозина может включать и выключать ген. Впервые он был обнаружен у бактериофагов в 1952 году. [ 1 ] [ 2 ] Однако в 2009 году было обнаружено, что его много в человека и мыши . мозгу [ 3 ] а также в эмбриональных стволовых клетках . [ 4 ] У млекопитающих он может вырабатываться путем окисления 5-метилцитозина — реакции, опосредованной ферментами ТЕТ . Его молекулярная формула C 5 H 7 N 3 O 2 . [ 5 ]
Локализация
[ редактировать ]Кажется, что каждая клетка млекопитающего содержит 5-гидроксиметилцитозин, но его уровни значительно варьируются в зависимости от типа клеток. Самые высокие уровни обнаруживаются в нейрональных клетках центральной нервной системы . [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Количество гидроксиметилцитозина увеличивается с возрастом, как показано в гиппокампе и мозжечке мышей . [ 6 ] [ 9 ]
Функция
[ редактировать ]Точная функция этого азотистого основания до сих пор полностью не выяснена, но считается, что оно может регулировать экспрессию генов или вызывать деметилирование ДНК . Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что искусственная ДНК, содержащая 5-гидроксиметилцитозины (5hmC), может превращаться в немодифицированные цитозины после введения в клетки млекопитающих. [ 10 ] Более того, 5hmC сильно обогащен первичными зародышевыми клетками , где он, по-видимому, играет роль в глобальном деметилировании ДНК. [ 11 ] Кроме того, в ДНК эмбриональных стволовых клеток был обнаружен 5-формилцитозин, продукт окисления 5-гидроксиметилцитозина и возможный промежуточный продукт пути окислительного деметилирования. [ 12 ] хотя в тканях мышей не удалось обнаружить значительных количеств этих предполагаемых промежуточных продуктов деметилирования. [ 8 ] 5-Гидроксиметилцитозин может быть особенно важен для центральной нервной системы , поскольку там он содержится в очень высоких концентрациях. [ 8 ] Было обнаружено, что снижение уровня 5-гидроксиметилцитозина связано с нарушением самообновления эмбриональных стволовых клеток. [ 13 ] 5-Гидроксиметилцитозин также связан с лабильными, нестабильными нуклеосомами, которые часто перемещаются во время дифференцировки клеток. [ 14 ]
Накопление 5-гидроксиметилцитозина (5hmC) в постмитотических нейронах связано с «функциональным деметилированием», которое облегчает транскрипцию и экспрессию генов . [ 15 ] Термин « деметилирование » применительно к нейронам обычно относится к замене 5-метилцитозина (5mC) на цитозин в ДНК , которая может происходить посредством ряда реакций с участием фермента ТЕТ, а также ферментов репарации вырезания оснований пути ДНК. (см. Эпигенетика в обучении и памяти ). «Деметилирование» 5mC в ДНК чаще всего приводит к стимулированию экспрессии генов с нейронной активностью. «Функциональное деметилирование» относится к замене 5mC на 5hmC, обычно это одностадийная реакция, опосредованная ТЕТ, которая также облегчает экспрессию генов, эффект, аналогичный эффекту «деметилирования».
Бактерии и фаги
[ редактировать ]Фаги, вероятно, эволюционировали, чтобы использовать 5hmC, чтобы избежать распознавания большинством ферментов рестрикции бактерий. Фаг Т4 использует исключительно 5hmC во время репликации, добавляя гликозилирование к гидроксильной группе, чтобы еще больше усложнить фрагмент. [ 16 ] Некоторые бактерии, в свою очередь, развили ферменты рестрикции, специфичные для сайтов, содержащих 5hmC. Ярким примером является PvuRts1I, первоначально идентифицированный в 1994 году. [ 17 ]
5hmC в Т4 продуцируется геномным белком 42, дезоксицитидилат-5-гидроксиметилтрансферазой ( P08773 ; EC 2.1.2.8 ). Реакции гликозилирования известны как EC 2.4.1.26 , EC 2.4.1.27 и EC 2.4.1.28 .
История
[ редактировать ]5-Гидроксиметилцитозин наблюдал Скирмантас Криауционис, сотрудник лаборатории Хайнца, который искал уровни 5-метилцитозина в двух разных типах нейронов. Вместо этого он обнаружил значительное количество неизвестного вещества и после проведения нескольких тестов идентифицировал его как 5-гидроксиметилцитозин. [ 18 ]
Лаборатория Л. Аравинда использовала биоинформационные инструменты, чтобы предсказать, что семейство ферментов Tet, вероятно, будет окислять 5-метилцитозин до 5-гидроксиметилцитозина. [ 19 ] Это было продемонстрировано in vitro и на живых клетках человека и мыши учеными, работающими в лабораториях Анжаны Рао и Дэвида Р. Лю .
5-Гидроксиметилцитозин впервые был обнаружен у млекопитающих в 1972 г. Р. Юрой, [ 20 ] но этот первоначальный вывод сомнителен. Юра обнаружил, что 5-hmC присутствует на чрезвычайно высоких уровнях в мозге и печени крыс, полностью вытесняя 5-метилцитозин. Это противоречит всем исследованиям состава ДНК млекопитающих, проводившимся до и после, включая статьи Хайнца и Рао, а другая группа не смогла воспроизвести результат Юры. [ 21 ]
С открытием 5-гидроксиметилцитозина возникли некоторые опасения относительно исследований метилирования ДНК с использованием метода бисульфитного секвенирования. [ 22 ] было показано, что 5-гидроксиметилцитозин ведет себя так же, как и его предшественник, 5-метилцитозин В экспериментах по конверсии бисульфита . [ 23 ] Таким образом, возможно, потребуется пересмотреть данные бисульфитного секвенирования, чтобы проверить, является ли обнаруженное модифицированное основание 5-метилцитозином или 5-гидроксиметилцитозином. В 2012 году лаборатория Чуан Хэ обнаружила метод решения проблемы обнаружения 5-гидроксиметилцитозина как 5-метилцитозина в обычных экспериментах по конверсии бисульфита с использованием окислительных свойств ферментов семейства Tet. Этот метод получил название TAB-seq . [ 24 ] [ 25 ]
В июне 2020 года компания Oxford Nanopore добавила модель обнаружения гидроксиметилцитозина в свою исследовательскую базу rerio, что позволяет повторно вызывать старые данные уровня сигнала из любых циклов нанопор R9+ для идентификации 5hmC. [ 26 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Уоррен Р.А. (1980). «Модифицированные основания в ДНК бактериофагов». Анну. Преподобный Микробиол . 34 : 137–158. дои : 10.1146/annurev.mi.34.100180.001033 . ПМИД 7002022 .
- ^ Вятт Г.Р., Коэн С.С. (декабрь 1952 г.). «Новое пиримидиновое основание из нуклеиновых кислот бактериофага». Природа . 170 (4338): 1072–1073. Бибкод : 1952Natur.170.1072W . дои : 10.1038/1701072a0 . ПМИД 13013321 . S2CID 4277592 .
- ^ Криауционис С., Хайнц Н. (май 2009 г.). «Основание ядерной ДНК 5-гидроксиметилцитозин присутствует в нейронах Пуркинье и мозге» . Наука . 324 (5929): 929–930. Бибкод : 2009Sci...324..929K . дои : 10.1126/science.1169786 . ПМЦ 3263819 . ПМИД 19372393 .
- ^ Тахилиани М и др. (май 2009 г.). «Превращение 5-метилцитозина в 5-гидроксиметилцитозин в ДНК млекопитающих партнером MLL TET1» (PDF) . Наука . 324 (5929): 930–935. Бибкод : 2009Sci...324..930T . дои : 10.1126/science.1170116 . ПМК 2715015 . ПМИД 19372391 .
- ^ 5-гидроксиметилцитозин. Архивировано 4 сентября 2017 г. на Wayback Machine , nextbio.com.
- ^ Jump up to: а б Мюнзель М. и др. (июль 2010 г.). «Количественное определение шестого основания ДНК гидроксиметилцитозина в мозге». Энджью. хим. Межд. Эд . 49 (31): 5375–5377. дои : 10.1002/anie.201002033 . ПМИД 20583021 .
- ^ Швагерчак А и др. (октябрь 2010 г.). «Чувствительная ферментативная количественная оценка 5-гидроксиметилцитозина в геномной ДНК» . Нуклеиновые кислоты Рез . 38 (19): e181. дои : 10.1093/nar/gkq684 . ПМЦ 2965258 . ПМИД 20685817 .
- ^ Jump up to: а б с Глобиш Д. и др. (декабрь 2010 г.). Крофт АК (ред.). «Тканевое распределение 5-гидроксиметилцитозина и поиск активных промежуточных продуктов деметилирования» . ПЛОС ОДИН . 5 (12): e15367. Бибкод : 2010PLoSO...515367G . дои : 10.1371/journal.pone.0015367 . ПМК 3009720 . ПМИД 21203455 .
- ^ Сонг CX и др. (декабрь 2010 г.). «Селективная химическая маркировка выявляет распределение 5-гидроксиметилцитозина по всему геному» . Нат. Биотехнология . 29 (1): 68–72. дои : 10.1038/nbt.1732 . ПМК 3107705 . ПМИД 21151123 .
- ^ Го Цзюй, Су Ю, Чжун С, Мин Гл, Сун Х (1 апреля 2011 г.). «Гидроксилирование 5-метилцитозина с помощью TET1 способствует активному деметилированию ДНК во взрослом мозге» . Клетка . 145 (3): 423–434. дои : 10.1016/j.cell.2011.03.022 . ПМК 3088758 . ПМИД 21496894 .
- ^ Хакетт Дж.А., Сенгупта Р., Зилич Дж.Дж., Мураками К., Ли С., Даун Т., Сурани М.А. (06 декабря 2012 г.). «Динамика деметилирования зародышевой ДНК и стирание отпечатка с помощью 5-гидроксиметилцитозина» . Наука . 339 (6118): 448–52. дои : 10.1126/science.1229277 . ПМЦ 3847602 . ПМИД 23223451 .
- ^ Пфаффендер Т., Хакнер Б., Трасс М., Мюнцель М., Мюллер М., Деймл К.А., Хагемайер С., Карелл Т. (30 июня 2011 г.). «Открытие 5-формилцитозина в ДНК эмбриональных стволовых клеток». Энджью. хим. Межд. Эд . 50 (31): 7008–7012. дои : 10.1002/anie.201103899 . ПМИД 21721093 .
- ^ Фрейденберг Дж.М., Гош С., Лэкфорд Б.Л., Йеллабойна С., Чжэн Икс, Ли Р., Каддапа С., Уэйд П.А., Ху Г., Джоти Р. (апрель 2012 г.). «Острое истощение Tet1-зависимых уровней 5-гидроксиметилцитозина нарушает передачу сигналов LIF/Stat3 и приводит к потере идентичности эмбриональных стволовых клеток» . Исследования нуклеиновых кислот . 40 (8): 3364–3377. дои : 10.1093/nar/gkr1253 . ПМЦ 3333871 . ПМИД 22210859 .
- ^ Тейф В., Бешнова Д.А., Вайнштейн Ю., Март С., Мальм Дж.П., Хефер Т., Риппе К. (8 мая 2014 г.). «Репозиционирование нуклеосом связывает (де)метилирование ДНК и дифференциальное связывание CTCF во время развития стволовых клеток» . Геномные исследования . 24 (8): 1285–1295. дои : 10.1101/гр.164418.113 . ПМК 4120082 . ПМИД 24812327 .
- ^ Меллен М., Аята П., Хайнц Н. (сентябрь 2017 г.). «Накопление 5-гидроксиметилцитозина в постмитотических нейронах приводит к функциональному деметилированию экспрессируемых генов» . Proc Natl Acad Sci США . 114 (37): Е7812–Е7821. Бибкод : 2017PNAS..114E7812M . дои : 10.1073/pnas.1708044114 . ПМК 5604027 . ПМИД 28847947 .
- ^ Брайсон А.Л., Хван Й., Шерил-Микс С., Ву Г.Д., Льюис Дж.Д., Блэк Л., Кларк Т.А., Бушман Ф.Д., Адхья С. (16 июня 2015 г.). «Ковалентная модификация ДНК бактериофага Т4 ингибирует CRISPR-Cas9» . мБио . 6 (3): e00648. дои : 10.1128/mBio.00648-15 . ПМЦ 4471564 . ПМИД 26081634 .
- ^ Боргаро Дж. Г., Чжу З (апрель 2013 г.). «Характеристика 5-гидроксиметилцитозин-специфичных эндонуклеаз рестрикции ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 41 (7): 4198–206. дои : 10.1093/нар/gkt102 . ПМЦ 3627594 . ПМИД 23482393 .
- ^ A, T, G, C и что? , popsci.com
- ^ Айер Л.М. и др. (июнь 2009 г.). «Прогнозирование новых семейств ферментов, участвующих в окислительных и других сложных модификациях оснований нуклеиновых кислот» . Клеточный цикл . 8 (11): 1698–1710. дои : 10.4161/cc.8.11.8580 . ПМЦ 2995806 . ПМИД 19411852 .
- ^ Пенн Н.В., Сувальски Р., О'Райли С., Бояновски К., Юра Р. (февраль 1972 г.). «Наличие 5-гидроксиметилцитозина в дезоксирибонуклеиновой кислоте животных» . Биохим. Дж . 126 (4): 781–790. дои : 10.1042/bj1260781 . ПМЦ 1178489 . ПМИД 4538516 .
- ^ Котари Р., Шанкар В. (май 1976 г.). «Содержание 5-метилцитозина в дезоксирибонуклеиновых кислотах позвоночных: видовая специфичность». Журнал молекулярной эволюции . 7 (4): 325–329. Бибкод : 1976JMolE...7..325K . дои : 10.1007/BF01743628 . ISSN 0022-2844 . ПМИД 933178 . S2CID 19957320 .
- ^ «5 методов анализа гидроксиметилцитозина» . Архивировано из оригинала 10 июля 2011 г. Проверено 14 января 2011 г.
- ^ Джин С.Г. и др. (июнь 2010 г.) «Изучение специфичности методов профилирования метилирования ДНК в отношении 5-метилцитозина и 5-гидроксиметилцитозина». Нуклеиновые кислоты Рез. 1 июня 2010 г.;38(11):e125
- ^ Ю М, Хон GC, Шулвак К.Э., Сонг CX, Чжан Л, Ким А, Ли XK, Дай Q, Шен Ю, Пак Б, Мин Дж. Х., Джин П, Рен Б, Хе С (июнь 2012 г.). «Анализ 5-гидроксиметилцитозина с базовым разрешением в геноме млекопитающих» . Клетка . 149 (6): 1368–1380. дои : 10.1016/j.cell.2012.04.027 . ПМЦ 3589129 . ПМИД 22608086 .
- ^ Сонг CX, Шулвак К.Э., Фу Ю, Дай Q, Йи С, Ли Х, Ли Ю, Чэнь Ч., Чжан В., Цзянь Икс, Ван Дж., Чжан Л., Луни Ти.Дж., Чжан Б., Годли Л.А., Хикс Л.М., Лан Б.Т. , Джин П, Хэ С (2011). «Селективная химическая маркировка выявляет распределение 5-гидроксиметилцитозина по всему геному» . Нат. Биотехнология . 29 (1): 68–72. дои : 10.1038/nbt.1732 . ПМК 3107705 . ПМИД 21151123 .
- ^ «Добавлены модели CpG (мин, выпускной и мин 5mC+5hmC) и незначительная очистка» . нанопоретех/рерио . Гитхаб . Проверено 18 июня 2020 г.