משתמש:בנצי/ארגז חול א': מתילציה של דנ"א

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

מתילציה של דנ"א הינה תהליך ביוכימי החשוב להתפתחותם הנורמלית של בעלי-חיים עילאיים. בתהליך זה מתווספת קבוצה מתילית ל??? של טבעת הפירימדין טירוזין או החנקן ה-6 בטבעת הפורין אדנין (טירוזין ואדנין הם שניים מארבעת הבסיסים במולקולת דנ"א. שינוי ??? עובר בתורשה ??? דרך ??? חלוקת התא).

מתילציה של דנ"א מהווה חלק מכריע בהתפתחותו הנורמלית של אורגניזם ובהתמיינותם של תאים בבעלי-חיים עילאיים. מתילציה של דנ"א משנה את תבנית התבטאות הגנים בתא באופן יציב, כך שתאים יכולים 'לזכור היכן היו' או להקטין את התבטאות התא; לדוגמא, תאים המתוכנתים להיות איי לבלב (???) במהלך ההתפתחות העוברית נותרים איי לבלב במהלך חייו של האורגניזם ללא אותות רצופים המורים להם שעליהם להישאר איים (???). באופן רגיל, מתילציה מוסרת במהלך הייווצרות הזיגוטה ומתרחשת מחדש דרך חלוקות תא רצופות במהלך התפתחות העובר. אולם, המשך להלן - יותר נוח כך.

Illustration of a DNA molecule that is methylated at the two center cytosines. DNA methylation plays an important role for epigenetic gene regulation in development and disease.

DNA methylation is a biochemical process that is important for normal development in higher organisms. It involves the addition of a methyl group to the 5 position of the cytosine pyrimidine ring or the number 6 nitrogen of the adenine purine ring (cytosine and adenine are two of the four bases of DNA). This modification can be inherited through cell division.

DNA methylation is a crucial part of normal organismal development and cellular differentiation in higher organisms. DNA methylation stably alters the gene expression pattern in cells such that cells can "remember where they have been" or decrease gene expression; for example, cells programmed to be pancreatic islets during embryonic development remain pancreatic islets throughout the life of the organism without continuing signals telling them that they need to remain islets. DNA methylation is typically removed during zygote formation and re-established through successive cell divisions during development. However, the latest research shows that hydroxylation of methyl groups occurs rather than complete removal of methyl groups in zygote.[1][2] Some methylation modifications that regulate gene expression are inheritable and cause genomic imprinting.

מחקרים עדכניים מראים כי בזיגוטה (?), למעשה, מתרחשת הידרוקסילציה של קבוצות מתיליות יותר מאשר הסרה מלאה של קבוצות אלה[]. כמה מהשינויים (?) הנובעים ממתילציה המווסתים את התבטאות הגנים הינם מורשים וגורמים להחתמה גנומית.

In addition, DNA methylation suppresses the expression of viral genes and other deleterious elements that have been incorporated into the genome of the host over time. DNA methylation also forms the basis of chromatin structure, which enables cells to form the myriad characteristics necessary for multicellular life from a single immutable sequence of DNA. DNA methylation also plays a crucial role in the development of nearly all types of cancer.[3]

בנוסף, מתילציה של דנ"א מדכאת את התבטאותם של גנים נגיפיים ושל גורמים מזיקים אחרים אשר השתלבו עם הזמן בגנום של הפונדקאי. מתילציה זו גם יוצרת את הבסיס למבנה הכרומטין, המאפשר לתאים ליצור את המספר העצום של מאפיינים הנחוצים לחיים רב-תאיים, מרצף בלתי משתנה יחיד של דנ"א. למתילציה של דנ"א יש גם תפקיד מכריע בהתפתחות של כמעט כל סוגי סרטן[].

DNA methylation at the 5 position of cytosine has the specific effect of reducing gene expression and has been found in every vertebrate examined. In adult somatic tissues, DNA methylation typically occurs in a CpG dinucleotide context; non-CpG methylation is prevalent in embryonic stem cells.[4][5][6]

למתילציה של דנ"א בקצה (?) 5 של ציטוזין יש את ההשפעה הייחודית (?) של הקטנת ההתבטאות הגנית והיא נמצאת בכל בעלי החוליות שנבחנו. ברקמות סומטיות באדם בוגר, מתילציה של דנ"א קורית בהקשר (?) של זוג נוקליאוטידים מסוג (?) CpG; בתאי גזע עובריים שכיחה יותר מתילציה שאינה מסוג (?) CpG [].

In mammals[עריכת קוד מקור | עריכה]

DNA methylation is essential for normal development and is associated with a number of key processes including genomic imprinting, X-chromosome inactivation, suppression of repetitive elements, and carcinogenesis.

ביונקים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתילציה של דנ"א הינה חיונית להתפתחות נורמלית והיא קשורה למספר תהליכים מרכזיים, כולל החתמה גנומית, השתקה (?) של כרומוזום x (?) (?), דיכוי של אלמנטים חוזרים (?) והתמרה סרטנית.

Between 60% and 90% of all CpGs are methylated in mammals.[7][8] Methylated C residues spontaneously deaminate to form T residues over evolutionary time; hence CpG dinucleotides steadily mutate to TpG dinucleotides, which is evidenced by the under-representation of CpG dinucleotides in the human genome (they occur at only 21% of the expected frequency).[9] (On the other hand, spontaneous deamination of unmethylated C residues gives rise to U residues, a mutation that is quickly recognized and repaired by the cell.)

בין 60% ל-90% מכלל אתרי CpG הינם ממותלים ביונקים[]. שיירי C ממותלים עוברים ??? והופכים (?) לשיירי T במהלך זמן אבולוציוני; לפיכך, צמדי (?) נוקליאוטידים מסוג CpG עוברים דאמינציה (?) ספונטאנית לצמדי TpG, ועל כך מצביעה העובדה שצמדי CpG מיוצגים בחסר בגנום האנושי (הם קורים 21% בלבד מהתדירות הצפויה)[] (מאידך (?), דאמינציה (?) ספונטאנית של שיירי C בלתי-ממותלים הופכת אותם (?) לשיירי U, מוטציה המזוהה (?) ומתוקנת במהירות על-ידי התא).

Unmethylated CpGs are often grouped in clusters called CpG islands, which are present in the 5' regulatory regions of many genes. In many disease processes, such as cancer, gene promoter CpG islands acquire abnormal hypermethylation, which results in transcriptional silencing that can be inherited by daughter cells following cell division. Alterations of DNA methylation have been recognized as an important component of cancer development. Hypomethylation, in general, arises earlier and is linked to chromosomal instability and loss of imprinting, whereas hypermethylation is associated with promoters and can arise secondary to gene (oncogene suppressor) silencing, but might be a target for epigenetic therapy.[10]

צמדי CpG בלתי ממותלים מתאגדים לעתים קרובות באשכולות הקרויים איי CpG, המצויים באזורי הבקרה (?) בקצה (?) '5 של גנים רבים. בתהליכי חולי רבים, דוגמת סרטן, איי CpG בתֶחֶל של גן רוכשים (?) יתר-מתילציה אנורמלית, אשר תוצאתה היא השתקת שיעתוק הנורשת (?) על-ידי תאי הבת המתקבלים עם חלוקת התא. שינויים (?) במתילציה של דנ"א הוכרו (?) כמרכיב חשוב בהתפתחות סרטנית. באופן כללי, תת-מתילציה נובעת מוקדם יותר (?) והיא כרוכה באי-יציבות כרומוזומלית ואובדן החתמה, בעוד שיתר-מתילציה קשורה בתֶחֶלִים ועלולה לנבוע כתוצאה משנית (?) של (?) השתקת גן (אונקוגן מדכא), אבל עשוי להיות מטרה לריפוי אפיגנטי[].

DNA methylation may affect the transcription of genes in two ways. First, the methylation of DNA itself may physically impede the binding of transcriptional proteins to the gene,[11] and second, and likely more important, methylated DNA may be bound by proteins known as methyl-CpG-binding domain proteins (MBDs). MBD proteins then recruit additional proteins to the locus, such as histone deacetylases and other chromatin remodeling proteins that can modify histones, thereby forming compact, inactive chromatin, termed heterochromatin. This link between DNA methylation and chromatin structure is very important. In particular, loss of methyl-CpG-binding protein 2 (MeCP2) has been implicated in Rett syndrome; and methyl-CpG-binding domain protein 2 (MBD2) mediates the transcriptional silencing of hypermethylated genes in cancer.

מתילציה של דנ"א יכול להשפיע על שיעתוקם של גנים בשתי דרכים. אחת, מתילציה של דנ"א מונעת פיזית בעצמה את קישורם של חלבוני שיעתוק לגן[], ושנית, וכנראה עוד יותר חשוב, דנ"א ממותל ??? קשר זה בין מתילציה של דנ"א לבין מבנה הכרומטין חשוב מאוד. בפרט, אובדן של (MeCP2) נמצא מעורב (?) בתסמונת רט; ו??? (MBD2) מתווך את ההשתקה השיעתוקית של גנים ממותלים-ביתר בסרטן.

Research has suggested that long-term memory storage in humans may be regulated by DNA methylation.[12][13]

ממצאי מחקר מלמדים על כך שאיחסון זיכרון לטווח ארוך באדם עשוי להיות מבוקר על-ידי מתילציה של דנ"א[][].

In cancer[עריכת קוד מקור | עריכה]

DNA methylation is an important regulator of gene transcription and a large body of evidence has demonstrated that genes with high levels of 5-methylcytosine in their promoter region are transcriptionally silent, and that DNA methylation gradually accumulates upon long-term gene silencing. DNA methylation is essential during embryonic development, and in somatic cells, patterns of DNA methylation are generally transmitted to daughter cells with a high fidelity. Aberrant DNA methylation patterns have been associated with a large number of human malignancies and found in two distinct forms: hypermethylation and hypomethylation compared to normal tissue. Hypermethylation typically occurs at CpG islands in the promoter region and is associated with gene inactivation. Global hypomethylation has also been implicated in the development and progression of cancer through different mechanisms.[14]

בסרטן[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתילציה של דנ"א הינה בקר חשוב של שיעתוק גנים ועדויות רבות מאוד (?) הראו שגנים שבאזור התחל שלהם מצויות רמות גבוהות של מתיל-טירוזין 5 (?) הינם מושתקי שיעתוק, וכי מתילציה של דנ"א מצטברת בהדרגה כאשר השתקת גן נמשכת זמן רב. מתילציה של דנ"א חיונית מאוד במהלך ההתפתחות העוברית, ובתאי הגוף, תבניות של מתילציית דנ"א מועברות בדרך-כלל בדרגת דיוק גבוהה (?). תבניות מתילציה של דנ"א מעוותות (?) נקשרו למספר רב של ממאירויות באדם, והן נמצאו בשתי צורות נבדלות: יתר-מתילציה ותת-מתילציה בהשוואה לרקמה נורמלית. יתר-מתילציה קורית לרוב (?) באיי CpG באזור התחל והיא קשורה בהשתקת (?) הגן. תת-מתילציה גלובאלית (?) נמצאה מעורבת גם בהתפתחות ובהתקדמות (?) סרטן דרך מנגנונים שונים[]. מה מחדש ההיגד האחרון לעומת קודמו ?

DNA methyltransferases[עריכת קוד מקור | עריכה]

In mammalian cells, DNA methylation occurs mainly at the C5 position of CpG dinucleotides and is carried out by two general classes of enzymatic activities – maintenance methylation and de novo methylation.[דרוש מקור]

מתיל-טרנספראזות של דנ"א[עריכת קוד מקור | עריכה]

בתאי יונקים, מתילציה של דנ"א קורית בעיקר בקצה (?) C5 של צמדי הנוקליאוטידים CpG, והיא מוצאת לפועל באמצעות שתי קבוצות כלליות של פעילויות אנזימטיות - מתילציית תחזוקה (?) ומתילציה 'חדשה' (?) ('de novo').

Maintenance methylation activity is necessary to preserve DNA methylation after every cellular DNA replication cycle. Without the DNA methyltransferase (DNMT), the replication machinery itself would produce daughter strands that are unmethylated and, over time, would lead to passive demethylation. DNMT1 is the proposed maintenance methyltransferase that is responsible for copying DNA methylation patterns to the daughter strands during DNA replication. Mouse models with both copies of DNMT1 deleted are embryonic lethal at approximately day 9, due to the requirement of DNMT1 activity for development in mammalian cells.

תחזוקת פעילות (?) מתילציה נחוצה לשימור (?) מתילציה של דנ"א לאחר כל מחזור שיכפול של דנ"א תאי. ללא מתיל-טרנספראזה של דנ"א (DNMT), מנגנון השיכפול עצמו ייצר גדילי-בת שאינם ממותלים, ועם הזמן, יוביל לדמתילציה סבילה (?). DNMT1 הינו מתיל-טרנספראזת התחזוקה המוצעת האחראית להעתקת תבניות מתילציית דנ"א אל גדילי-הבת במהלך שיכפול דנ"א. מודלים של עכברים (?) עם שני עותקים חסרים של DNMT1 הינם קטלניים ביום ה-9 בקירוב של השלב העוברי (לרשום את גירסת התירגום הזאת - רעיון מוצלח), בשל הדרישה (?) לפעילותו של DNMT1 להתפתחות (?) בתאי יונקים.

It is thought that DNMT3a and DNMT3b are the de novo methyltransferases that set up DNA methylation patterns early in development. DNMT3L is a protein that is homologous to the other DNMT3s but has no catalytic activity. Instead, DNMT3L assists the de novo methyltransferases by increasing their ability to bind to DNA and stimulating their activity. Finally, DNMT2 (TRDMT1) has been identified as a DNA methyltransferase homolog, containing all 10 sequence motifs common to all DNA methyltransferases; however, DNMT2 (TRDMT1) does not methylate DNA but instead methylates cytosine-38 in the anticodon loop of aspartic acid transfer RNA.[15]

סבורים כי DNMT3a ו-DNMT3b הם המתיל-טרנספראזות ה'חדשות' הבונות (?) תבניות של מתילציית דנ"א בשלב מוקדם בהתפתחות. DNMT3L הינו חלבון שהינו הומולוגי ליתר ה-DNMT3 אבל נעדר פעילות מזרזת (פעילות קטאליטית). במקום זאת, DNMT3L מסייע למתיל-טרנספראזות ה'חדשות' על-ידי הגדלת יכולתן להיקשר לדנ"א ולעורר (?) את פעילותן. לבסוף, [[]] זוהה כהומולוג של (?) מתיל טרנספראזה של דנ"א, המכיל את כל 10 מוטיבי הרצף (?) הנפוצים בכל המתיל-טרנספראזות של דנ"א; אולם, DNMT2 (TRDMT1) (למצוא דרך לתקן זאת כהלכה) לא ממתל דנ"א, אבל במקום, ממתל את ציטוזין-38 (נחוץ ? - לבדוק קיומו של מופע קודם של קישור פנימי) בלולאת אנטי-קודון של רנ"א-שליח (?) לחומצה אספרטית (?).

Since many tumor suppressor genes are silenced by DNA methylation during carcinogenesis, there have been attempts to re-express these genes by inhibiting the DNMTs. 5-Aza-2'-deoxycytidine (decitabine) is a nucleoside analog that inhibits DNMTs by trapping them in a covalent complex on DNA by preventing the β-elimination step of catalysis, thus resulting in the enzymes' degradation. However, for decitabine to be active, it must be incorporated into the genome of the cell, which can cause mutations in the daughter cells if the cell does not die. In addition, decitabine is toxic to the bone marrow, which limits the size of its therapeutic window. These pitfalls have led to the development of antisense RNA therapies that target the DNMTs by degrading their mRNAs and preventing their translation. However, it is currently unclear whether targeting DNMT1 alone is sufficient to reactivate tumor suppressor genes silenced by DNA methylation.

מאחר וגנים מדכאי-שאת (?) רבים מושתקים על-ידי מתילציית דנ"א במהלך התמרה סרטנית, היו נסיונות לבטא מחדש גנים אלה על-ידי עיכובם (?) של ה-DNMT-ים. ?????? (דסיטאבין) הינו ??? המעכב (?) DNMT-ים על-ידי לכידתם בקומפלקס (?) קוולנטי על דנ"א באמצעות מניעת שלב הסרת-β בזירוז (קטאליזה), מה שמוביל לפירוקם של האנזימים. אולם, כדי שדסיטאבין יהיה פעיל, עליו להיות משולב (?) לתוך הגנום של התא, דבר היכול לגרום למוטציות בתאי הבת אם התא לא מת (?). בנוסף לכך, דסיטאבין הינו רעיל למח העצם, מה שמגביל את החלון הטיפולי (?) שלו. ???? אלה לפיתוחם של טיפולי (?) רנ"א אנטיסנס (?) הפועלים כנגד (כאן הקושי - להכניס כאן מילה באנגלית, כמו במקרה זה: דאת טרגט - אני נאלץ לכתוב בעברית) DNMT-ים על-ידי פירוק רנ"א-שליח שלהם ומניעת תירגומם. אולם, לא ברור עתה אם די בפעולה מכוונת כנגד (?) להפעלה מחדש (?) של גנים מדכאי-שאת אשר הושתקו על-ידי מתילציה של דנ"א.

In plants[עריכת קוד מקור | עריכה]

Significant progress has been made in understanding DNA methylation in the model plant Arabidopsis thaliana. DNA methylation in plants differs from that of mammals: while DNA methylation in mammals mainly occurs on the cytosine nucleotide in a CpG site, in plants the cytosine can be methylated at CpG, CpHpG, and CpHpH sites, where H represents any nucleotide but guanine.

בצמחים[עריכת קוד מקור | עריכה]

אנזימי מתיל-טרנספראזה של דנ"א ארבידופסיס (??) העיקריים (?), המעבירים קבוצות מתיליות אל דנ"א וקושרים אותן אליו קוולנטית, הם DRM2, MET1 ו-CMT3 (גם כאן יש קושי לשמור על סדר). שני החלבונים DRM2 ו-MET1 חולקים הומולוגיה משמעותית עם (!) המתיל-טרנספראזות ביונקים DNMT3 ו-DNMT1, בהתאמה, בעוד חלבון CMT3 יחודי לממלכת הצומח. ישנם היום (! + לשנות מופע קודם) שתי קבוצות של מתיל-טרנספראזות של דנ"א: 1. הקבוצה ה'חדשה' (?), או אנזימים היוצרים סימני (?) מתילציה חדשים על הדנ"א; ו-2. קבוצת תחזוקה (?) המזהה סימני מתילציה על הגדיל ההורי של דנ"א ומעבירה מתילציה חדשה לגדילי-הבת לאחר שיכפול דנ"א. DRM2 הוא האנזים היחידי שנמצא מתפקד (?) כמתיל-טרנספראזה 'חדשה' (פיסקה זו היא השניה שיש בה חזרה משמעותית על אותום משפטים או על משפטים די דומים). הראו (?) גם ש-DRM2, יחד עם MET1 ו-CMT3, מעורבים (?) בתחזוקת (?) מתילציה במהלך שיכפול דנ"א[]. מתיל-טרנספראזות של דנ"א אחרות (?) מבוטאות בצמחים אבל ללא כל תיפקוד ידוע (ראה את בסיס הנתונים של כרומטין בדף זה).

The principal Arabidopsis DNA methyltransferase enzymes, which transfer and covalently attach methyl groups onto DNA, are DRM2, MET1, and CMT3. Both the DRM2 and MET1 proteins share significant homology to the mammalian methyltransferases DNMT3 and DNMT1, respectively, whereas the CMT3 protein is unique to the plant kingdom. There are currently two classes of DNA methyltransferases: 1) the de novo class, or enzymes that create new methylation marks on the DNA; and 2) a maintenance class that recognizes the methylation marks on the parental strand of DNA and transfers new methylation to the daughters strands after DNA replication. DRM2 is the only enzyme that has been implicated as a de novo DNA methyltransferase. DRM2 has also been shown, along with MET1 and CMT3 to be involved in maintaining methylation marks through DNA replication.[16] Other DNA methyltransferases are expressed in plants but have no known function (see the Chromatin Database).

It is not clear how the cell determines the locations of de novo DNA methylation, but evidence suggests that, for many (though not all) locations, RNA-directed DNA methylation (RdDM) is involved. In RdDM, specific RNA transcripts are produced from a genomic DNA template, and this RNA forms secondary structures called double-stranded RNA molecules.[17] The double-stranded RNAs, through either the small interfering RNA (siRNA) or microRNA (miRNA) pathways direct de-novo DNA methylation of the original genomic location that produced the RNA.[17] This sort of mechanism is thought to be important in cellular defense against RNA viruses and/or transposons, both of which often form a double-stranded RNA that can be mutagenic to the host genome. By methylating their genomic locations, through an as yet poorly-understood mechanism, they are shut off and are no longer active in the cell, protecting the genome from their mutagenic effect.

לא ברור כיצד קובע התא את מיקומיהן של מתילציות דנ"א ה'חדשות', אבל ראיות (?) מלמדות (? - שניהם נראים לי מוצלחים) שעבור מיקומים (?) רבים (אם כי לא כולם), מעורב ???? (RdDM). ב-RdDM, עותקי (?) רנ"א יחודיים (?) מיוצרים מתבנית (??) דנ"א גנומית, ומולקולת רנ"א זו יוצרת מבנים משניים הנקראים מולקולות רנ"א כפולות-גדיל []. מולקולות רנ"א כפולות-גדיל מכוונות, דרך (?) מסלולי (?) רנ"א מעבירים קטנים (?) (siRNA) או מיקרו-רנ"א (miRNA), את מתילציית דנ"א ה'חדשה' של המיקום (?) הגנומי המקורי שיצר את הרנ"א[]. סבורים כי סוג זה של מנגנון חשוב בהגנה התאית כנגד נגיפי רנ"א ו/או טרנספוזונים, שניהם יוצרים לעיתים קרובות רנ"א כפול-גדיל העלול (?) להיות מוטגני (??) לגנום המארח. באמצעות מתילציה של המיקומים (?) הגנומיים שלהם, דרך מנגנון שאינו-מובן-עדיין-כל-צרכו (?), הם מכובים (?) ואינם פעילים יותר בתא, בהגינם על הגנום מפני ההשפעה (?) המוטגנית (?) שלהם (??).

In fungi[עריכת קוד מקור | עריכה]

It can be seen that many fungi have low levels (0.1 to 0.5%) of cytosine methylation, whereas other fungi have as much as 5% of the genome methylated.[18]

בפטריות[עריכת קוד מקור | עריכה]

ניתן להווכח (?) כי לפטריות רבות רמות נמוכות (0.1% עד 0.5%) של מתילציית ציטוזין, בעוד שבפטריות אחרות 5% מהגנום ממותל[].

נראה שערך זה משתנה הן בין מינים והן בבודדים (??) בקרב אותו מין[]. ישנן גם ראיות לכך שמתילציית דנ"א עשויה להיות מעורבת בבקרה יחודית-למצב (?) של התבטאות גן בפטריות {{}}.

אף על פי שבשמרי בירה ([[]]) ובשמרי ביקוע (?) ([[]]) יש רמה נמוכה של מתילציית דנ"א, לפטריית המודל ???? [[]] יש מערכת מתילציה מאופיינת היטב[]. מספר גנים מבקרים (?) מתילציה ב'ניורוספורה' ומוטציה של מתיל-טרנספראזה, 'dim-2', מסירה כל מתילציית דנ"א אבל אינה משפיעה על גידול או על רביה מינית. בעוד שבגנום של 'ניורוספורה' מעט מאוד דנ"א החוזר על עצמו (?), מחצית מהמתילציה מתרחשת בדנ"א החוזר על עצמו (??), כולל ???? של (?) טרנספוזון ודנ"א צנטרומרי. היכולת להעריך תופעות חשובות אחרות על רקע גנטי דל (?) במתילאזות דנ"א הופך את 'ניורוספורה' למערכת חשובה לחקור בה (!) את מתילציית דנ"א.

This value seems to vary both among species and among isolates of the same species.[19] There is also evidence that DNA methylation may be involved in state-specific control of gene expression in fungi.[דרוש מקור]

Although brewers' yeast (Saccharomyces) and fission yeast (Schizosaccharomyces) have very little DNA methylation, the model filamentous fungus Neurospora crassa has a well-characterized methylation system.[20] Several genes control methylation in Neurospora and mutation of the DNA methyl transferase, dim-2, eliminates all DNA methylation but does not affect growth or sexual reproduction. While the Neurospora genome has very little repeated DNA, half of the methylation occurs in repeated DNA including transposon relics and centromeric DNA. The ability to evaluate other important phenomena in a DNA methylase-deficient genetic background makes Neurospora an important system in which to study DNA methylation.

In bacteria[עריכת קוד מקור | עריכה]

Adenine or cytosine methylation is part of the restriction modification system of many bacteria, in which specific DNA sequences are methylated periodically throughout the genome. A methylase is the enzyme that recognizes a specific sequence and methylates one of the bases in or near that sequence. Foreign DNAs (which are not methylated in this manner) that are introduced into the cell are degraded by sequence-specific restriction enzymes and cleaved. Bacterial genomic DNA is not recognized by these restriction enzymes. The methylation of native DNA acts as a sort of primitive immune system, allowing the bacteria to protect themselves from infection by bacteriophage.

בחיידקים[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתילציה של אדנין או ציטוזין מהווה חלק במערכת ???? ???? בחיידקים רבים, בהם רצפי דנ"א ייחודיים (?) ממותלים באופן מחזורי לאורך הגנום. מתילאזה הינה אנזים המזהה רצף מסוים (?) וממתלת את אחד הבסיסים ברצף זה או לידו. מולקולות דנ"א זרות (אשר אינן ממותלות באופן זה) המופיעות בתוך (???) התא מפורקות באמצעות אנזימי הגבלה ייחודיים (?) לרצף ומקוצצות (?). דנ"א גנומי חיידקי (?) אינו מזוהה (?) על-ידי אנזימי הגבלה אלה. המתילציה של מולקולות דנ"א מקומיות (?) פועלות כסוג של מערכת חיסון פרימיטיבית, המאפשרת לחיידקים להגן על עצמם מפני זיהום על-ידי בקטריופאג'.

E. coli DNA adenine methyltransferase (Dam) is an enzyme of ~32 kDa that does not belong to a restriction/modification system. The target recognition sequence for E. coli Dam is GATC, as the methylation occurs at the N6 position of the adenine in this sequence (G meATC). The three base pairs flanking each side of this site also influence DNA–Dam binding. Dam plays several key roles in bacterial processes, including mismatch repair, the timing of DNA replication, and gene expression. As a result of DNA replication, the status of GATC sites in the E. coli genome changes from fully methylated to hemimethylated. This is because adenine introduced into the new DNA strand is unmethylated. Re-methylation occurs within two to four seconds, during which time replication errors in the new strand are repaired. Methylation, or its absence, is the marker that allows the repair apparatus of the cell to differentiate between the template and nascent strands. It has been shown that altering Dam activity in bacteria results in increased spontaneous mutation rate. Bacterial viability is compromised in dam mutants that also lack certain other DNA repair enzymes, providing further evidence for the role of Dam in DNA repair.

מתילאזת אדנין של דנ"א (?) (Dam) של E. coli (לקשר מופעים קודמים) הינה אנזים באורך של כ-32 kDa (לברר על היפוך שמאל ימין) שאינו שייך למערכת הגבלה / שינוי צורה (?). רצף ההכרה (זיהוי ?) המהווה (?) מטרה ל-Dam של E. coli הוא GATC, היות (?) ו(?)מתילציה מתרחשת בעמדה (?) N6 באדנין ברצף זה (GmeATC).

One region of the DNA that keeps its hemimethylated status for longer is the origin of replication, which has an abundance of GATC sites. This is central to the bacterial mechanism for timing DNA replication. SeqA binds to the origin of replication, sequestering it and thus preventing methylation. Because hemimethylated origins of replication are inactive, this mechanism limits DNA replication to once per cell cycle.

ישנו אזור אחד בדנ"א השומר על מצבו (?) הממותל למחצה (?) לזמן רב יותר הוא מקור השיכפול (?), שבו קיימת שכיחות גבוהה של אתרי GATC. לעובדה זו חשיבות מרכזית (?) למנגנון החיידקי של תיזמון שיכפול דנ"א. SeqA (?) נקשר למקור (?) השיכפול, ???? אותו וכך מונע מתילציה. מאחר ומקורות שיכפול (?) ממותלים למחצה (?) אינם פעילים, מגביל מנגנון זה את לשיכפול אחד של דנ"א בכל מחזור של התא.

Expression of certain genes, for example those coding for pilus expression in E. coli, is regulated by the methylation of GATC sites in the promoter region of the gene operon. The cells' environmental conditions just after DNA replication determine whether Dam is blocked from methylating a region proximal to or distal from the promoter region. Once the pattern of methylation has been created, the pilus gene transcription is locked in the on or off position until the DNA is again replicated. In E. coli, these pilus operons have important roles in virulence in urinary tract infections. It has been proposedתבנית:By whom that inhibitors of Dam may function as antibiotics.

התבטאותם של גנים מסויימים, לדוגמא, אלה המקודדים להתבטאות של פילוס ב-E. coli, מבוקרת (?) על-ידי מתילציה של אתרי GATC באזור התחל של הגן אופרון. תנאי הסביבה של התאים מייד לאחר שיכפול הדנ"א קובע אם Dam (?) נחסם ממיתול (?) של (?) אזור ???? לאזור (?) התחל או ???? ממנו. ברגע שנוצרה תבנית מתילציה, שיעתוקו של גן הפילוס ננעל על (?) או (?) עד שהדנ"א משוכפל שוב. ב-E. coli, לאופרוני פילוס אלה תפקידים חשובים בזיהומים ב???? בצינור השתן (?). הוצע{} כי מעכבים של Dam עשויים לפעול כאנטיביוטיקה.

On the other hand, DNA cytosine methylase targets CCAGG and CCTGG sites to methylate cytosine at the C5 position (C meC(A/T)GG). The other methylase enzyme, EcoKI, causes mehtylation of adenines in the sequences AAC(N6)GTGC and GCAC(N6)GTT.

מאידך, מתילאזה (?) של ציטוזין של דנ"א (?) ננעלת (?) על אתרי CCAGG ו-CCTGG על-מנת למתל ציטוזין בקצה (?) C5 (???). האנזים (?) מתילאזה הנוסף (?), EcoKI, גורם למתילציה של אדנין(ים) ברצפים AAC(????)GTT.

Most strains used by molecular biologists are derivatives of K-12, and possess both Dam and Dcm, but there are commercially available strains that are dam-/dcm- (lack of activity of either methylase). In fact, it is possible to unmethylate the DNA extracted from dam+/dcm+ strains by transforming it into dam-/dcm- strains. This would help digest sequences that are not being recognized by methylation-sensitive restriction enzymes.[21][22]

רוב הגדילים המשמשים חוקרים העוסקים בביולוגיה מולקולרית הם נגזרות של K-12, בהם כלולות (?) המתילאזות Dam ו-Dcm, אבל ישנם גדילים הזמינים מסחרית, עם -Dam ו--Dcm (כלומר, ללא פעילותם של מתילאזות אלה). למעשה, ניתן להסיר (?) את מיתולו של דנ"א אותו ממצים מגדילים עם +Dam ו-+Dcm על-ידי התמרתו לגדילים עם (?) -Dam ו--Dcm (הכוונה היא ללא מיתול או ללא מתילציות ? - לעבור על טיוטת התרגום לעיל, בהתאם). דבר זה יסייע בעיכולם של רצפים שאינם מוכרים על-ידי אנזימי הגבלה הרגישים-למתילציה (?)[].

Detection[עריכת קוד מקור | עריכה]

DNA methylation can be detected by the following assays currently used in scientific research:

  • Methylation-Specific PCR (MSP), which is based on a chemical reaction of sodium bisulfite with DNA that converts unmethylated cytosines of CpG dinucleotides to uracil or UpG, followed by traditional PCR. However, methylated cytosines will not be converted in this process, and primers are designed to overlap the CpG site of interest, which allows one to determine methylation status as methylated or unmethylated.
  • Whole genome bisulfite sequencing, also known as BS-Seq, which is a high-throughput genome-wide analysis of DNA methylation. It is based on aforementioned sodium bisulfite conversion of genomic DNA, which is then sequenced on a Next-generation sequencing platform. The sequences obtained are then re-aligned to the reference genome to determine methylation states of CpG dinucleotides based on mismatches resulting from the conversion of unmethylated cytosines into uracil.
  • The HELP assay, which is based on restriction enzymes' differential ability to recognize and cleave methylated and unmethylated CpG DNA sites.
  • ChIP-on-chip assays, which is based on the ability of commercially prepared antibodies to bind to DNA methylation-associated proteins like MeCP2.
  • Restriction landmark genomic scanning, a complicated and now rarely-used assay based upon restriction enzymes' differential recognition of methylated and unmethylated CpG sites; the assay is similar in concept to the HELP assay.
  • Methylated DNA immunoprecipitation (MeDIP), analogous to chromatin immunoprecipitation, immunoprecipitation is used to isolate methylated DNA fragments for input into DNA detection methods such as DNA microarrays (MeDIP-chip) or DNA sequencing (MeDIP-seq).
  • Pyrosequencing of bisulfite treated DNA. This is sequencing of an amplicon made by a normal forward primer but a biatenylated reverse primer to PCR the gene of choice. The Pyrosequencer then analyses the sample by denaturing the DNA and adding one nucleotide at a time to the mix according to a sequence given by the user. If there is a mis-match, it is recorded and the percentage of DNA for which the mis-match is present is noted. This gives the user a percentage methylation per CpG island.
  • Molecular break light assay for DNA adenine methyltransferase activity – an assay that relies on the specificity of the restriction enzyme DpnI for fully methylated (adenine methylation) GATC sites in an oligonucleotide labeled with a fluorophore and quencher. The adenine methyltransferase methylates the oligonucleotide making it a substrate for DpnI. Cutting of the oligonucleotide by DpnI gives rise to a fluorescence increase.[23][24]
  • Methyl Sensitive Southern Blotting is similar to the HELP assay, although uses Southern blotting techniques to probe gene-specific differences in methylation using restriction digests. This technique is used to evaluate local methylation near the binding site for the probe.

Computational prediction[עריכת קוד מקור | עריכה]

DNA methylation can also be detected by computational models through sophisticated algorithms and methods. Computational models can facilitate the global profiling of DNA methylation across chromosomes, and often times such models are faster and cheaper to perform than biological assays. Such up-to-date computational models include Bhasin, et al.,[25] Bock, et al.,[26] and Zheng, et al.[27] Together with biological assay, these methods greatly facilitate the DNA methylation analysis.

חיזוי ממוחשב[עריכת קוד מקור | עריכה]

מתילציה של דנ"א ניתנת לגילוי גם בעזרת מודלים ממוחשבים דרך (?) [[אלגוריתם|אלגוריתמים ושיטות מתוחכמות.

מודלים ממוחשבים יכולים להקל על קביעת (?) הפרופיל (?) הגלובאלי של מתילציית דנ"א על-פני (?) כרומוזומים, ולעיתים קרובות מודלים כאלה מבוצעים בצורה מהירה וזולה יותר מאשר תבחינים (?) ביולוגיים. מודלים ממוחשבים מעודכנים כאלה כוללים את בהזין[], בוק[], וזנג[]. יחד עם תבחין (?) ביולוגי, שיטות אלה מקלים במידה רבה על ניתוחה (?) של מתילציית דנ"א.

See also[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]


שגיאות פרמטריות בתבנית:הערות שוליים
פרמטרים [ טורים ] לא מופיעים בהגדרת התבנית

  1. ^ תבנית:Cite pmid
  2. ^ תבנית:Cite pmid
  3. ^ תבנית:Cite pmid
  4. ^ Dodge JE, Ramsahoye BH, Wo ZG, Okano M, Li E (2002). "De novo methylation of MMLV provirus in embryonic stem cells: CpG versus non-CpG methylation". Gene. 289 (1–2): 41–48. doi:10.1016/S0378-1119(02)00469-9.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  5. ^ Haines TR, Rodenhiser DI, Ainsworth PJ (2001). "Allele-Specific Non-CpG Methylation of the Nf1 Gene during Early Mouse Development". Developmental Biology. 240 (2): 585–598. doi:10.1006/dbio.2001.0504. PMID 11784085.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  6. ^ Lister R, Pelizzola M, Dowen RH; et al. (באוקטובר 2009). "Human DNA methylomes at base resolution show widespread epigenomic differences". Nature. 462 (7271): 315–22. doi:10.1038/nature08514. PMC 2857523. PMID 19829295. {{cite journal}}: (עזרה); Explicit use of et al. in: |author= (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  7. ^ Ehrlich M, Gama Sosa MA, Huang L-H., Midgett RM, Kuo KC, McCune RA, Gehrke C (באפריל 1982). "Amount and distribution of 5-methylcytosine in human DNA from different types of tissues or cells". Nucleic Acids Research. 10 (8): 2709–2721. doi:10.1093/nar/10.8.2709. PMC 320645. PMID 7079182. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  8. ^ Tucker KL (ביוני 2001). "Methylated cytosine and the brain: a new base for neuroscience". Neuron. 30 (3): 649–652. doi:10.1016/S0896-6273(01)00325-7. PMID 11430798. {{cite journal}}: (עזרה)
  9. ^ International Human Genome Sequencing Consortium; et al. (בפברואר 2001). "Initial sequencing and analysis of the human genome". Nature. 409 (6822): 860–921. doi:10.1038/35057062. PMID 11237011. {{cite journal}}: (עזרה); Explicit use of et al. in: |author= (עזרה)
  10. ^ Daura-Oller E, Cabre M, Montero MA, Paternain JL, Romeu A (2009). "Specific gene hypomethylation and cancer: New insights into coding region feature trends". Bioinformation. 3 (8): 340–343. doi:10.6026/97320630003340. PMC 2720671. PMID 19707296.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  11. ^ Choy MK, Movassagh M, Goh HG, Bennett M, Down T, Foo R (2010). "Genome-wide conserved consensus transcription factor binding motifs are hyper-methylated". BMC Genomics. 11: 519. doi:10.1186/1471-2164-11-519. PMC 2997012. PMID 20875111.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  12. ^ Miller C, Sweatt J (2007-03-15). "Covalent modification of DNA regulates memory formation". Neuron. 53 (6): 857–869. doi:10.1016/j.neuron.2007.02.022. PMID 17359920.
  13. ^ Powell, Devin (2008-12-02). "Memories may be stored on your DNA". New Scientist. נבדק ב-2008-12-02.
  14. ^ Craig, JM; Wong, NC (editor) (2011). Epigenetics: A Reference Manual. Caister Academic Press. ISBN 978-1-904455-88-2. {{cite book}}: |author= has generic name (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  15. ^ Goll MG, Kirpekar F, Maggert KA, Yoder JA, Hsieh CL, Zhang X, Golic KG, Jacobsen SE, Bestor TH (בינואר 2006). "Methylation of tRNAAsp by the DNA methyltransferase homolog Dnmt2". Science. 311 (5759): 395–398. doi:10.1126/science.1120976. PMID 16424344. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  16. ^ Cao X and Jacobsen SE (בדצמבר 2002). "Locus-specific control of asymmetric and CpNpG methylation by the DRM and CMT3 methyltransferase genes". PNAS. 99 (Suppl 4): 16491–16498. doi:10.1073/pnas.162371599. PMC 139913. PMID 12151602. {{cite journal}}: (עזרה)
  17. ^ 1 2 Aufsatz W, Mette MF, van der Winden J, Matzke AJM, Matzke M (2002). "RNA-directed DNA methylation in Arabidopsis". PNAS. 99 (90004): 16499–16506. doi:10.1073/pnas.162371499. PMC 139914. PMID 12169664.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  18. ^ Antequera F, Tamame M, Villanueva JR, Santos T (ביולי 1984). "DNA methylation in the fungi". J. Biol. Chem. 259 (13): 8033–8036. PMID 6330093. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  19. ^ Binz T, D'Mello N, Horgen PA (1998). "A comparison of DNA methylation levels in selected isolates of higher fungi". Mycologia. Mycological Society of America. 90 (5): 785–790. doi:10.2307/3761319. JSTOR 3761319.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  20. ^ Selker EU, Tountas NA, Cross SH, Margolin BS, Murphy JG, Bird AP, Freitag M (2003). "The methylated component of the Neurospora crassa genome". Nature. 422 (6934): 893–897. doi:10.1038/nature01564. PMID 12712205.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  21. ^ Palmer BR and Marinus MG (1994). "The dam and dcm strains of Escherichia coli—a review". Gene. 143 (1): 1–12. doi:10.1016/0378-1119(94)90597-5. PMID 8200522.
  22. ^ "Making unmethylated (dam-/dcm-) DNA".
  23. ^ Wood RJ, Maynard-Smith MD, Robinson VL, Oyston PC, Titball RW, Roach PL (2007). Fugmann, Sebastian (ed.). "Kinetic analysis of Yersinia pestis DNA adenine methyltransferase activity using a hemimethylated molecular break light oligonucleotide". PLoS ONE. 2 (8): e801. doi:10.1371/journal.pone.0000801. PMC 1949145. PMID 17726531.{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  24. ^ Li J, Yan H, Wang K, Tan W, Zhou X (בפברואר 2007). "Hairpin fluorescence DNA probe for real-time monitoring of DNA methylation". Anal. Chem. 79 (3): 1050–1056. doi:10.1021/ac061694i. PMID 17263334. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  25. ^ Bhasin M, Zhang H, Reinherz EL, Reche PA. (אוג' 2005). "Prediction of methylated CpGs in DNA sequences using a support vector machine". FEBS Lett. 579 (20): 4302–8. doi:10.1016/j.febslet.2005.07.002. PMID 16051225. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  26. ^ Bock C, Paulsen M, Tierling S, Mikeska T, Lengauer T, Walter J. (מרץ 2006). "CpG island methylation in human lymphocytes is highly correlated with DNA sequence, repeats, and predicted DNA structure". PLoS Genet. 2 (3): e26. doi:10.1371/journal.pgen.0020026. PMC 1386721. PMID 16520826. {{cite journal}}: (עזרה)תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)
  27. ^ Zheng H, Jiang SW, Wu H (2011). "Enhancement on the predictive power of the prediction model for human genomic DNA methylation". International Conference on Bioinformatics and Computational Biology (BIOCOMP'11).{{cite journal}}: תחזוקה - ציטוט: multiple names: authors list (link)

Further reading[עריכת קוד מקור | עריכה]

External links[עריכת קוד מקור | עריכה]

תבנית:Regulation of gene expression תבנית:Transcription


Category:DNA

[[:קטגוריה:Epigenetics]]

אוחזר מתוך "https://he.wikipedia.org/w/index.php?title=משתמש:בנצי/ארגז_חול_א%27:_מתילציה_של_דנ%22א&oldid=33669385"