Methylering
Methylering, de overdracht van een methylgroep (-CH3) aan een organische verbinding. Methylgroepen kunnen worden overgedragen door additiereacties of door substitutiereacties; in beide gevallen neemt de methylgroep de plaats in van een waterstofatoom in de verbinding. Methylering kan worden onderverdeeld in twee basistypen: chemische en biologische.
Chemische methylering wordt bestudeerd op het gebied van de organische chemie, waar de term alkylering wordt gebruikt om de toevoeging van een -CH3-groep aan te duiden. Alkylering wordt uitgevoerd met behulp van elektrofiele (“elektronminnende”) verbindingen zoals dimethylsulfaat en jodomethaan, die reageren in een nucleofiele substitutie. Zo kunnen ethers worden geproduceerd door methylering van alkoxiden, en ketonen door methylering van ketonenolaten. Bij een ander type chemische methylering, bekend als Irvine-Purdie-methylering, ondergaan hydroxylgroepen op polysachariden methylering, waardoor monosachariden ontstaan.
Biologische methylering komt op verschillende manieren voor. Bij epigenetische overerving kan methylering optreden als DNA-methylering of eiwit-methylering. Bij DNA-methylering wordt er een methylgroep toegevoegd aan een cytosineresidu, waardoor cytosine 5-methylcytosine wordt. DNA-methylering vindt plaats op CpG-locaties, d.w.z. locaties waar een cytosine zich onmiddellijk voor een guanine bevindt. Dit type methylering regelt genexpressie of genactiviteit. Bij eiwitmethylering wordt een lysine-aminozuur of een arginineresidu in de reactie gemethyleerd. Arginine kan één of twee keer worden gemethyleerd, en lysine kan één tot drie keer worden gemethyleerd. Histonen kunnen ook worden gemethyleerd door een enzym dat histon-methyltransferase wordt genoemd, dat methylgroepen van s-adenosylmethionine naar het histon overbrengt. Eiwitmethylering wordt ook gebruikt om de genexpressie te regelen door een gen te activeren of te deactiveren.
Eukaryote embryo’s ondergaan ook methylering. Eukaryotisch DNA is ongemethyleerd vanaf de bevruchting tot het achtcellig stadium. Vanaf het achtcellig stadium tot de morula ondergaat het de novo methylering, waarbij epigenetische informatie wordt gewijzigd en aan het genoom wordt toegevoegd. De methylering is voltooid tegen het blastulastadium. Als er geen embryonale methylering plaatsvindt, sterft het embryo. Methylering blijft ook in de postnatale ontwikkeling optreden en speelt een belangrijke rol in de interactie tussen genexpressie en omgevingsfactoren.
Methylering speelt ook een belangrijke rol bij de vorming van tumoren. Tumoren beginnen met abnormale gelokaliseerde hypermethylering, genoombrede hypomethylering en verhoogde expressie van DNA-methyltransferase. Uit onderzoek blijkt dat genoombrede hypomethylering leidt tot meer mutaties en instabiliteit van chromosomen.
Bacteriën gebruiken methylering als een instrument voor zelfverdediging. Bacteriële cellen beschermen hun DNA door methylering van adenine- of cytosinebasen. Vreemd DNA dat de bacterie binnenkomt, blijft ongemethyleerd en is daardoor vatbaar voor vernietiging door de restrictie-enzymen van de bacterie.