Metylacja
Metylacja, przeniesienie grupy metylowej (-CH3) do związku organicznego. Grupy metylowe mogą być przenoszone poprzez reakcje addycji lub substytucji; w obu przypadkach grupa metylowa zajmuje miejsce atomu wodoru w związku. Metylację można podzielić na dwa podstawowe typy: chemiczną i biologiczną.
Chemiczna metylacja jest badana w dziedzinie chemii organicznej, gdzie termin alkilacja jest używany do określenia dodawania grupy -CH3. Alkilowanie przeprowadza się przy użyciu związków elektrofilowych („kochających elektrony”), takich jak siarczan dimetylu i jodometan, które reagują w substytucji nukleofilowej. Na przykład, etery mogą być wytwarzane przez metylowanie alkoksydów, a ketony mogą być wytwarzane przez metylowanie enolatów ketonowych. W innym rodzaju metylacji chemicznej, znanej jako metylacja Irvine-Purdie, grupy hydroksylowe na polisacharydach ulegają metylacji w celu uzyskania monosacharydów.
Metylacja biologiczna zachodzi na różne sposoby. W dziedziczeniu epigenetycznym, metylacja może zachodzić jako metylacja DNA lub metylacja białek. W metylacji DNA dochodzi do dodania grupy metylowej do reszty cytozynowej, co powoduje, że cytozyna staje się 5-metylocytozyną. Metylacja DNA zachodzi w miejscach CpG – to znaczy w miejscach, gdzie cytozyna znajduje się bezpośrednio przed guaniną. Ten rodzaj metylacji kontroluje ekspresję lub aktywność genów. W metylacji białek metylowany jest aminokwas lizyna lub reszta argininowa. Arginina może być metylowana jeden lub dwa razy, a lizyna od jednego do trzech razy. Histony mogą być również metylowane przez enzym zwany metylotransferazą histonową, który przenosi grupy metylowe z s-adenozylometioniny do histonu. Metylacja białek jest również wykorzystywana do kontroli ekspresji genów poprzez aktywację lub dezaktywację genu.
Eukariotyczne embriony również ulegają metylacji. Eukariotyczne DNA jest niemetylowane od zapłodnienia do stadium ośmiokomórkowego. Następnie ulega metylacji de novo od stadium ośmiokomórkowego do moruli, podczas której informacja epigenetyczna jest modyfikowana i dodawana do genomu. Metylacja jest zakończona do stadium blastuli. Jeśli metylacja w embrionie nie zachodzi, zarodek umiera. Metylacja nadal zachodzi w rozwoju postnatalnym i odgrywa ważną rolę w interakcji ekspresji genów i czynników środowiskowych.
Metylacja odgrywa również ważną rolę w powstawaniu guzów. Nowotwory zaczynają się od nieprawidłowej zlokalizowanej hipermetylacji, hipometylacji w całym genomie i zwiększonej ekspresji metylotransferazy DNA. Badania wykazują, że hipometylacja w całym genomie prowadzi do zwiększonej liczby mutacji i niestabilności chromosomów.
Bakterie wykorzystują metylację jako narzędzie samoobrony. Komórki bakteryjne chronią swoje DNA poprzez metylację zasad adeninowych i cytozynowych. Obce DNA, które dostaje się do bakterii, pozostaje niezmetylowane i dlatego jest podatne na zniszczenie przez enzymy restrykcyjne bakterii.