5-formylocytozyna (5fC) jest jedną z utlenionych pochodnych demetylacji 5-metylocytozyny (5mC). 5mC jest utleniana do 5-hydroksymetylocytozyny (5hmC), która następnie jest utleniana do 5fC (Ito et al., 2011). Każdy z tych etapów utleniania jest katalizowany przez trio enzymów translokacji Ten-eleven (TET). 5fC może być następnie dalej utleniane do 5-karboksylocytozyny (5caC) przez TET. Zarówno 5fC jak i 5caC mogą być przekształcone w niezmodyfikowaną cytozynę przez terminalną deoksynukleotydylotransferazę (TdT) w drodze naprawy przez wycięcie zasady.
Ezymy TET ułatwiają aktywną demetylację DNA. Pasywna demetylacja DNA zachodzi wskutek tego, że metylotransferazom nie udaje się utrzymać metylacji na nowo syntetyzowanym DNA. Aktywna metylacja DNA zachodzi poprzez usunięcie grupy metylowej z 5mC (Kohli i Zhang, 2013). Pochodne pośrednie tego procesu stały się przedmiotem intensywnych badań od czasu ich odkrycia w komórkach ssaków. Mogą one być po prostu produktami pośrednimi w procesie demetylacji DNA, lub mogą pełnić funkcje funkcjonalne i każda z nich działać jako własny znak epigenetyczny.
Ostatnio opracowano technologie pozwalające na badanie każdej z pochodnych samodzielnie. Jednym z zastosowań tych technologii było mapowanie postępu aktywnej demetylacji DNA. Każda pochodna wydaje się mieć różne rozkłady. 5fC w mysich embrionalnych komórkach macierzystych jest wzbogacona w poised enhancers i inne elementy regulacyjne (Song i in., 2013). Wzrost 5fC współwystępuje również z opartą na p300 aktywacją chromatyny enhancera (Song i in., 2013). Może to wskazywać, że zaangażowana demetylacja, na którą wskazuje 5fC, jest permisywna dla aktywatorów transkrypcyjnych działających przy wzmacniaczach; jednak praca ta jest wciąż oparta na korelacji i potrzebne są dalsze badania, aby wyjaśnić zaangażowane mechanizmy.
Może być tak, że 5fC wiąże swoje własne białka czytnikowe. To pozwoliłoby 5fC do działania jako własny de facto modyfikacji epigenetycznych. Badania są obecnie w toku, aby rozwiązać te możliwości. Prowadzone są prace nad wpływem samego znaku 5fC na transkrypcję. Okazuje się, że 5fC i 5caC wpływają na szybkość i specyficzność działania polimerazy RNA II (RNAPII). Konkretnie, zarówno 5fC jak i 5caC powodują zwiększone cofanie się RNAPII, zwiększoną pauzę i zmniejszoną wierność w przyłączaniu nukleotydów (Kellinger i in., 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). Genome-wide distribution of 5-formylcytosine in embryonic stem cells is associated with transcription and depends on thymine DNA glycosylase. Genome Biol. 13, R69.
Praca opisuje metodę opartą na oczyszczaniu i sekwencjonowaniu w celu znalezienia regionów związanych z modyfikacją 5fC. Autorzy badają również dystrybucję 5fC w embrionalnych komórkach macierzystych i znajdują regiony wzbogacenia związane z przeprogramowaniem epigenetycznym i aktywacją transkrypcyjną.
Veron, N., and Peters, A.H. (2011). Epigenetyka: Białka tetowe w świetle reflektorów. Nature 473, 293-294.
Ten przegląd przechodzi przez niektóre z podstaw rodziny białek TET i ich utleniania 5mC do każdej pochodnej. Omawia również szczegółowo każdą z pochodnych, w tym ich rozmieszczenie genomowe i potencjalne role.
Lista referencyjna
- Ito, S., Shen, L., Dai, Q., Wu, S.C., Collins, L.B., Swenberg, J.A., He, C., and Zhang, Y. (2011). Tet proteins can convert 5-methylcytosine to 5-formylcytosine and 5-carboxylcytosine. Science 333, 1300-1303.
- Kellinger, M.W., Song, C.X., Chong, J., Lu, X.Y., He, C., and Wang, D. (2012). 5-formylocytozyna i 5-karboksylocytozyna zmniejszają tempo i specyficzność substratową transkrypcji polimerazy RNA II. Nat. Struct. Mol. Biol. 19, 831-833.
- Kohli, R.M., and Zhang, Y. (2013). Enzymy TET, TDG i dynamika demetylacji DNA. 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). Genome-wide profiling of 5-formylcytosine reveals its role in epigenetic priming. Cell 153, 678-691.
.