5-formylcytosine (5fC) is een van de geoxideerde derivaten van 5-methylcytosine (5mC) demethylering. 5mC wordt geoxideerd tot 5-hydroxymethylcytosine (5hmC), dat vervolgens wordt geoxideerd tot 5fC (Ito et al., 2011). Elk van deze oxidatiestappen wordt gekatalyseerd door het Tien-elf translocatie (TET) trio van enzymen. 5fC kan vervolgens door TET verder worden geoxideerd tot 5-carboxylcytosine (5caC). Zowel 5fC als 5caC kan door terminaal deoxynucleotidyltransferase (TdT) worden omgezet in ongemodificeerd cytosine door base-excisieherstel.
TET-enzymen vergemakkelijken actieve DNA-demethylering. Passieve DNA-demethylering treedt op doordat methyltransferasen er niet in slagen de methylering op nieuw gesynthetiseerd DNA te handhaven. Actieve DNA-methylering treedt op door de verwijdering van de methylgroep uit 5mC (Kohli en Zhang, 2013). De intermediaire derivaten van dit proces zijn intensief onderzocht sinds hun ontdekking in zoogdiercellen. Ze kunnen gewoon tussenproducten zijn in het DNA demethylatie proces, of ze kunnen een functionele rol vervullen en elk als hun eigen epigenetische markering fungeren.
Recentelijk zijn technologieën ontwikkeld om elk derivaat op zichzelf te onderzoeken. Een van de toepassingen van deze technologieën is het in kaart brengen van de voortgang van actieve DNA-demethylering. Elk derivaat blijkt een andere verdeling te hebben. 5fC in muis embryonale stamcellen is verrijkt bij gepoëleerde enhancers en andere regulerende elementen (Song et al., 2013). Een toename in 5fC komt ook samen voor met p300-gebaseerde activatie van enhancer chromatine (Song et al., 2013). Dit kan erop wijzen dat de gecommitteerde demethylering die 5fC aangeeft permissief is voor transcriptionele activatoren die op enhancers werken; maar dit werk is nog steeds op correlatie gebaseerd en er is meer onderzoek nodig om de betrokken mechanismen op te helderen.
Het kan zijn dat 5fC zijn eigen lezer-eiwitten bindt. Dit zou 5fC in staat stellen als zijn eigen de facto epigenetische modificatie te fungeren. Er wordt momenteel onderzoek verricht om deze mogelijkheden te onderzoeken. Er is onderzoek gedaan naar het effect van het 5fC-merkteken zelf op de transcriptie. Het blijkt dat 5fC en 5caC de snelheid en specificiteit van RNA polymerase II (RNAPII) beïnvloeden. Specifiek veroorzaken zowel 5fC als 5caC meer backtracking van RNAPII, meer pauzes en een verminderde getrouwheid bij de incorporatie van nucleotiden (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). Genoomwijde distributie van 5-formylcytosine in embryonale stamcellen is geassocieerd met transcriptie en hangt af van thymine DNA-glycosylase. Genome Biol. 13, R69.
Dit artikel beschrijft een op zuivering en sequencing gebaseerde methode om regio’s te vinden die geassocieerd zijn met 5fC modificatie. De auteurs onderzoeken ook de distributie van 5fC in embryonale stamcellen en vinden verrijkingsregio’s die geassocieerd zijn met epigenetische herprogrammering en transcriptionele activering.
Veron, N., and Peters, A.H. (2011). Epigenetica: Tet-eiwitten in de schijnwerpers. Nature 473, 293-294.
Deze bespreking gaat over enkele van de basisprincipes van de TET eiwitfamilie en hun oxidatie van 5mC tot elk derivaat. Het bespreekt ook elk derivaat in enig detail, inclusief hun genomische distributie en potentiële rollen.
Referentielijst
- Ito, S., Shen, L., Dai, Q., Wu, S.C., Collins, L.B., Swenberg, J.A., He, C., and Zhang, Y. (2011). Tet-eiwitten kunnen 5-methylcytosine omzetten in 5-formylcytosine en 5-carboxylcytosine. Science 333, 1300-1303.
- Kellinger, M.W., Song, C.X., Chong, J., Lu, X.Y., He, C., and Wang, D. (2012). 5-formylcytosine en 5-carboxylcytosine verminderen de snelheid en de substraatspecificiteit van RNA polymerase II transcriptie. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 831-833.
- Kohli, R.M., and Zhang, Y. (2013). TET enzymen, TDG en de dynamiek van DNA demethylering. 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). Genoomwijde profilering van 5-formylcytosine onthult zijn rol in epigenetische priming. Cell 153, 678-691.