La 5-formilcitosina (5fC) è uno dei derivati ossidati della demetilazione della 5-metilcitosina (5mC). La 5mC viene ossidata a 5-idrossimetilcitosina (5hmC) che viene poi ossidata a 5fC (Ito et al., 2011). Ognuno di questi passaggi di ossidazione è catalizzato dal trio di enzimi Ten-eleven translocation (TET). La 5fC può poi essere ulteriormente ossidata a 5-carbossilcitosina (5caC) dal TET. Sia la 5fC che la 5caC possono essere convertite in citosina immodificata dalla deossinucleotidil transferasi terminale (TdT) mediante riparazione per escissione della base.
Gli enzimi TET facilitano la demetilazione attiva del DNA. La demetilazione passiva del DNA avviene tramite le metiltransferasi che non riescono a mantenere la metilazione sul DNA appena sintetizzato. La metilazione attiva del DNA avviene tramite la rimozione del gruppo metile dal 5mC (Kohli e Zhang, 2013). I derivati intermedi di questo processo sono stati oggetto di intense indagini dalla loro scoperta nelle cellule di mammifero. Potrebbero essere semplicemente intermedi nel processo di demetilazione del DNA, o potrebbero avere ruoli funzionali e agire ciascuno come proprio marchio epigenetico.
Di recente, sono state sviluppate tecnologie per esaminare ogni derivato da solo. Un’applicazione di queste tecnologie è stata quella di mappare il progresso della demetilazione attiva del DNA. Ogni derivato sembra avere distribuzioni diverse. Il 5fC nelle cellule staminali embrionali di topo si arricchisce in corrispondenza degli enhancer e di altri elementi regolatori (Song et al., 2013). Un aumento di 5fC si verifica anche con l’attivazione basata su p300 della cromatina dell’enhancer (Song et al., 2013). Questo può indicare che la demetilazione impegnata che il 5fC indica è permissiva per gli attivatori trascrizionali che agiscono negli enhancer; tuttavia questo lavoro è ancora basato sulla correlazione e sono necessarie ulteriori ricerche per chiarire i meccanismi coinvolti.
Può essere che il 5fC leghi le proprie proteine lettrici. Questo permetterebbe al 5fC di agire come una propria modifica epigenetica de facto. La ricerca è attualmente in corso per affrontare queste possibilità. È stato fatto un lavoro sull’effetto del marchio 5fC stesso sulla trascrizione. Sembra che il 5fC e il 5caC influenzino il tasso e la specificità della RNA polimerasi II (RNAPII). In particolare, sia il 5fC che il 5caC causano un aumento del backtracking di RNAPII, un aumento delle pause e una ridotta fedeltà nell’incorporazione del nucleotide (Kellinger et al., 2012).
5fC Ulteriori letture
Raiber, E.A., Beraldi, D., Ficz, G., Burgess, H.E., Branco, M.R., Murat, P., Oxley, D., Booth, M.J., Reik, W., e Balasubramanian, S. (2012). La distribuzione a livello genomico della 5-formilcitosina nelle cellule staminali embrionali è associata alla trascrizione e dipende dalla timina DNA glicosilasi. Genome Biol. 13, R69.
Questo articolo descrive un metodo basato sulla purificazione e sul sequenziamento per trovare regioni associate alla modifica 5fC. Gli autori esaminano anche la distribuzione di 5fC nelle cellule staminali embrionali e trovano regioni di arricchimento associate alla riprogrammazione epigenetica e all’attivazione trascrizionale.
Veron, N., and Peters, A.H. (2011). Epigenetica: Proteine Tet alla ribalta. Nature 473, 293-294.
Questa recensione passa in rassegna alcune delle basi della famiglia delle proteine TET e la loro ossidazione del 5mC in ogni derivato. Discute anche ogni derivato in dettaglio, compresa la loro distribuzione genomica e i ruoli potenziali.
Lista di riferimento
- Ito, S., Shen, L., Dai, Q., Wu, S.C., Collins, L.B., Swenberg, J.A., He, C., e Zhang, Y. (2011). Le proteine Tet possono convertire la 5-metilcitosina in 5-formilcitosina e 5-carbossilcitosina. Science 333, 1300-1303.
- Kellinger, M.W., Song, C.X., Chong, J., Lu, X.Y., He, C., and Wang, D. (2012). 5-formilcitosina e 5-carbossilcitosina ridurre la velocità e la specificità del substrato di trascrizione RNA polimerasi II. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 831-833.
- Kohli, R.M., e Zhang, Y. (2013). Enzimi TET, TDG e la dinamica della demetilazione del DNA. Natura 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). Genome-wide profiling di 5-formylcytosine rivela il suo ruolo nel priming epigenetico. Cell 153, 678-691.