5-Formylcytosin (5fC) ist eines der oxidierten Derivate der Demethylierung von 5-Methylcytosin (5mC). 5mC wird zu 5-Hydroxymethylcytosin (5hmC) oxidiert, das dann zu 5fC oxidiert wird (Ito et al., 2011). Jeder dieser Oxidationsschritte wird durch das Enzymtrio der Ten-Eleven-Translokation (TET) katalysiert. 5fC kann dann durch TET weiter zu 5-Carboxylcytosin (5caC) oxidiert werden. Sowohl 5fC als auch 5caC können durch die terminale Desoxynukleotidyltransferase (TdT) im Rahmen der Basen-Exzisionsreparatur in unmodifiziertes Cytosin umgewandelt werden.
TET-Enzyme erleichtern die aktive DNA-Demethylierung. Passive DNA-Demethylierung erfolgt durch Methyltransferasen, die die Methylierung auf neu synthetisierter DNA nicht aufrechterhalten. Aktive DNA-Methylierung erfolgt durch die Entfernung der Methylgruppe aus 5mC (Kohli und Zhang, 2013). Die Zwischenprodukte dieses Prozesses sind seit ihrer Entdeckung in Säugetierzellen intensiv untersucht worden. Sie können einfach nur Zwischenprodukte im DNA-Demethylierungsprozess sein, oder sie könnten funktionelle Aufgaben erfüllen und jeweils als eigene epigenetische Markierung fungieren.
In jüngster Zeit wurden Technologien entwickelt, um jedes Derivat für sich zu untersuchen. Eine Anwendung dieser Technologien bestand darin, den Fortschritt der aktiven DNA-Demethylierung zu kartieren. Jedes Derivat scheint unterschiedlich verteilt zu sein. 5fC ist in embryonalen Stammzellen von Mäusen an Poised Enhancern und anderen regulatorischen Elementen angereichert (Song et al., 2013). Ein Anstieg von 5fC geht auch mit einer p300-basierten Aktivierung von Enhancer-Chromatin einher (Song et al., 2013). Dies könnte darauf hindeuten, dass die feststehende Demethylierung, die 5fC anzeigt, für Transkriptionsaktivatoren, die an Enhancern wirken, förderlich ist; allerdings basiert diese Arbeit noch auf Korrelationen, und es sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die beteiligten Mechanismen zu klären.
Möglicherweise bindet 5fC seine eigenen Leserproteine. Dies würde es 5fC ermöglichen, de facto als eigene epigenetische Modifikation zu wirken. Diese Möglichkeiten werden derzeit erforscht. Die Auswirkungen der 5fC-Markierung selbst auf die Transkription wurden bereits untersucht. Es scheint, dass 5fC und 5caC die Geschwindigkeit und Spezifität der RNA-Polymerase II (RNAPII) beeinflussen. Insbesondere verursachen sowohl 5fC als auch 5caC ein erhöhtes RNAPII-Backtracking, erhöhte Pausen und eine verringerte Treue beim Nukleotideinbau (Kellinger et al, 2012).
5fC Additional Reading
Raiber, E.A., Beraldi, D., Ficz, G., Burgess, H.E., Branco, M.R., Murat, P., Oxley, D., Booth, M.J., Reik, W., and Balasubramanian, S. (2012). Die genomweite Verteilung von 5-Formylcytosin in embryonalen Stammzellen ist mit der Transkription verbunden und hängt von der Thymin-DNA-Glycosylase ab. Genome Biol. 13, R69.
Dieser Artikel beschreibt eine auf Reinigung und Sequenzierung basierende Methode, um Regionen zu finden, die mit 5fC-Modifikation verbunden sind. Die Autoren untersuchen auch die Verteilung von 5fC in embryonalen Stammzellen und finden Anreicherungsregionen, die mit epigenetischer Umprogrammierung und transkriptioneller Aktivierung verbunden sind.
Veron, N., und Peters, A.H. (2011). Epigenetics: Tet-Proteine im Rampenlicht. Nature 473, 293-294.
In dieser Übersicht werden einige der Grundlagen der TET-Proteinfamilie und ihre Oxidation von 5mC zu den einzelnen Derivaten erläutert. Außerdem wird jedes Derivat im Detail besprochen, einschließlich seiner genomischen Verteilung und potenziellen Rolle.
Referenzliste
- Ito, S., Shen, L., Dai, Q., Wu, S.C., Collins, L.B., Swenberg, J.A., He, C., and Zhang, Y. (2011). Tet-Proteine können 5-Methylcytosin in 5-Formylcytosin und 5-Carboxylcytosin umwandeln. Science 333, 1300-1303.
- Kellinger, M.W., Song, C.X., Chong, J., Lu, X.Y., He, C., and Wang, D. (2012). 5-Formylcytosin und 5-Carboxylcytosin reduzieren die Geschwindigkeit und Substratspezifität der RNA-Polymerase II-Transkription. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 831-833.
- Kohli, R.M., and Zhang, Y. (2013). TET-Enzyme, TDG und die Dynamik der DNA-Demethylierung. Nature 502, 472-479.
- Song, C.X., Szulwach, K.E., Dai, Q., Fu, Y., Mao, S.Q., Lin, L., Street, C., Li, Y., Poidevin, M., Wu, H., et al. (2013). Genomweite Profilierung von 5-Formylcytosin offenbart seine Rolle beim epigenetischen Priming. Cell 153, 678-691.