Wyspy CpG

Schematyczne przedstawienie dinukleotydu CpG (zaznaczonego kolorem czarnym) na fragmencie nici DNA
C – cytozyna
p – reszta kwasu fosforowego
G – guanina
Dinukleotydy CG (zaznaczone na żółto) występują znacznie częściej w obrębie wysp CpG (sekwencja po lewej) w porównaniu do reszty genomu (sekwencja po prawej)
Schemat metylacji cytozyny i deaminacji powstałej 5-metylocytozyny

Wyspy CpG – regiony w genomie o podwyższonej zawartości dinukleotydów 5’–CpG–3’ w stosunku do przeciętnej dla całego genomu[1][2].

Regiony te mają rozmiar powyżej 200 pz[2] (średnio 1000 pz[3]) i zawartość GC powyżej 50%[2][4]. W obrębie wysp CpG zawartość dinukleotydu CG wynosi około 60–70%; poza nimi dinukleotydy te w DNA ssaków występują rzadko, zajmują około 1% genomu[5].

Takie wyspy występują przed ok. 60–70% genów człowieka w regionach promotorowych[6]. Zlokalizowanie takich sekwencji w DNA kręgowców pozwala założyć, że najprawdopodobniej tuż za nią zaczyna się gen[1].

Cytozyna w wyspach CpG może być metylowana. Reakcja ta jest katalizowana jest przez metylotransferazy DNA[4]. Występuje ona przede wszystkim u kręgowców – u bezkręgowców jak muszka D. melanogaster, nicień C. elegans czy drożdże S. cereviceae metylacja DNA występuje rzadko lub wcale. W ich przypadku dinukleotydy CG zwykle występują w całym genomie ze standardową częstotliwością, w związku z czym nie można wyróżnić wysp CpG, choć ich genom również może posiadać metylowane domeny[3].

Metylowane cytozyny w genomach ssaków są podatne na deaminację i w konsekwencji przekształcenie w tyminę, co skutkuje mutacją. Jednak takie przekształcenia w obrębie wysp CpG są rzadsze w porównaniu z innymi regionami genomu[7].

Metylacja wysp CpG w regionach promotorowych na ogół jest związana z wyciszaniem ekspresji genu i należy do mechanizmów epigenetycznych[2]. Praktycznie przy wszystkich genach metabolizmu podstawowego (ang. housekeeping genes) występują wyspy CpG[3]. Geny te ulegają ekspresji we wszystkich komórkach i ich wyspy CpG nie są metylowane. Wyspy te są także niemetylowane przy specyficznych genach, w komórkach, dla których dana ekspresja jest cechą charakterystyczną. W innych typach komórek wyspy CpG przed takimi genami są metylowane, a przez to nie ulegają ekspresji. Wzór metylacji jest dziedziczony przez kolejne generacje komórek, co stanowi dla niej informację, które geny mają być transkrybowane i tłumaczone na białka, a które nie[8]. Nukleotydy CG znajdujące się w genomie poza wyspami CpG są zazwyczaj metylowane[9].

Nadmierna metylacja wysp CpG jest jedną z najwcześniejszych somatycznych zmian obserwowanych podczas rozwoju nowotworu[10]. Niektóre zmiany w metylacji w obrębie wysp CpG są związanie ze starzeniem[11].

Przypisy

  1. ↑ a b Brown T. A.: Genomy. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013, s. 137. ISBN 978-83-01-15634-3.
  2. ↑ a b c d Jones M. J., Goodman S. J., Kobor M. S.. DNA Methylation and Healthy Human Aging. „Aging Cell”. 14, s. 924–932, 2015. DOI: 10.1111/acel.12349. 
  3. ↑ a b c Deaton A. M., Bird A.. CpG Islands and the Regulation of Transcription. „Genes & Development”. 25, s. 1010–1022, 2011. DOI: 10.1101/gad.2037511. 
  4. ↑ a b Piletič K., Kunej T.. MicroRNA Epigenetic Signatures in Human Disease. „Archives of Toxicology”. 90 (10), s. 2405–2419, 2016. DOI: 10.1007/s00204-016-1815-7. 
  5. ↑ Beckerman M.: Cellular Signaling in Health and Disease. Oak Ridge: Springer, 2009, s. 253. DOI: 10.1007/978-0-387-98173-4. ISBN 978-0-387-98172-7.
  6. ↑ Illingworth R. S., Bird A. P.. CpG Islands – ‘A Rough Guide’. „FEBS Letters”. 583, s. 1713–1720, 2009. DOI: 10.1016/j.febslet.2009.04.012. 
  7. ↑ Panchin, Makeev V. J., Medvedeva Y. A.. Preservation of Methylated CpG Dinucleotides in Human CpG Islands. „Biology Direct”. 11, s. 11, 2016. DOI: 10.1186/s13062-016-0113-x. 
  8. ↑ Brown T. A.: Genomy. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2013, s. 286. ISBN 978-83-01-15634-3.
  9. ↑ Lujambio A., Esteller M.: CpG Island Hypermethylation, miRNAs, and Human Cancer. W: Ying Sh. Y.: Current Perspectives im microRNAs (miRNA). Springer, 2008, s. 368. DOI: 10.1007/978-1-4020-8533-8. ISBN 978-1-4020-8532-1.
  10. ↑ Campan M., Weisenberger D. J., Laird P. W.: DNA Methylation Profiles of Female Steroid Hormone-Driven Human Malignancies. W: Doerfler W., Böhm P.: DNA Methylation: Development, Genetic Disease and Cancer. Springer, 2006, s. 147. DOI: 10.1007/3-540-31181-5. ISBN 978-3-540-31180-5.
  11. ↑ Goela N., Karira P., Gargb V. K.. Role of DNA Methylation in Human Age Prediction. „Mechanisms of Ageing and Development”. 166, s. 33–41, 2017. DOI: 10.1016/j.mad.2017.08.012. 

Media użyte na tej stronie

DNA-internal-CpG-dinucleotide.png
Autor: Dirk123456, Licencja: CC0
Schematic representation of a CpG dinucleotide as a section of a double-stranded DNA molecule (dsDNA). The actual CpG dinucleotide (5'-deoxycytidine-phosphate-deoxyguanosine-3') on the indicated strand ("Watson") is shown in black. The base pairing to the complementary strand ("Crick") is shown in gray. The orientation (5'-3'), numberings, and transitions to unillustrated parts (wave lines) of the dsDNA molecule are also shown in gray. The blue labeling of eponymeous parts (cytosine-phosphate-guanine) results in the lettering "CpG".
Cytosine becomes thymine.png
Autor: CFCF, Licencja: CC BY-SA 3.0
The normal cellular process of methylation of cytosine is followed by spontaneous deamination of 5-methyl-cytosine to thymine. Thus follows the creation of CG-poor areas in the genome. Areas rich in CG show low rates of methylation and high amounts of "house-keeping" genes. As per Molecular biology of the Cell 5th edition
Cpg islands.svg
Autor: CFCF, Licencja: CC BY-SA 3.0
An image detailing CpG islands compared to other parts of the genome