CpG红绿灯:绿色是基因活性
莫斯科研究所的一个研究小组由bioinformaticians物理和技术(初期)已经确定了可靠的标记基因的活动。发现有潜在的未来应用在临床实践中。研究结果发表在BMC基因组学。
高分子化学,DNA是一种聚合物,或多核苷酸,由四种重复单位称为核苷酸。使相关的四种类型不同的是含氮的碱基:腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)。DNA区域C G紧随其后,通过磷(p)连接,称为CpG二核苷酸(图1)。
图1:中间的颜色区域图是CpG二核苷酸。DNA双螺旋结构显示在右边。信贷:@tsarcyanide /初期新闻办公室。
基因DNA区域携带基本的信息由一个细胞RNA和蛋白质。DNA序列通常是相同的有机体中所有细胞,但实际上“工作”的基因参与RNA合成为每一个细胞类型是不同的。这是通过调节机制来实现功能开关,启动或停止生产特定的rna。一旦达到一定程度的生物复杂性在进化过程中,基因的数量不会增加了。相反,更复杂的监管程序进化,以确保在正确的时间正确的基因被激活。
到目前为止,两个主要类型的基因转录的调节机制(RNA合成)详细研究了:涉及所谓的转录因子和表观遗传的监管机构。转录因子调控蛋白能够绑定到DNA识别某些基因的核苷酸序列在监管区域。一旦一个转录因子结合的DNA,它从事特殊细胞机械启动特定基因的RNA合成。大量的这些因素是已知的(超过1500人)。他们的组合调节活跃转录应该如何,是否应该发生。
表观遗传调控机制,涉及控制活跃的基因是如何在不影响主DNA结构。这样的机制之一是DNA甲基化。它主要是通过附加一个甲基(CH3) CpG的胞嘧啶二核苷酸(图2)。一旦附加,甲基作为标记基因被激活或抑制信号,最终决定细胞类型。毫不奇怪的是,DNA甲基化与许多生物过程有关,正常和病态。异常的DNA甲基化是在癌症、代谢紊乱、心血管疾病、神经退行性,和其他疾病。
通过绑定在不同功能区域的DNA胞嘧啶核苷酸,甲基可以具有不同的影响。例如,甲基化区域的转录起始点的接近会抑制基因活性。相反,内的胞核嘧啶甲基化基因通常用来激活它(图3)。
“在我们之前的论文,我们表明,某些CpG二核苷酸甲基化与基因活性密切相关。我们叫这样的二核苷酸CpG红绿灯。现在我们已经证明了CpG甲基化的基因活性的交通灯是一个更好的指标比启动子和基因甲基化。此外,我们表明,增强剂——基因位于远离DNA区域但调节自己的活动,丰富了CpG交通灯,”解释尤利娅•Medvedeva论文的资深作者和生物信息学和系统生物学副教授初期,监管的转录组和表观基因组学研究中心的俄罗斯科学院生物技术。
“我们注意到,CpG交通灯在进化的过程中保存。,这些头寸相对不那么容易突变,支持他们的功能意义,”安娜Lioznova补充说,这项研究的第一作者,在生物技术研究中心的博士生,RAS。
“我们曾经认为CpG红绿灯的主要作用是切换区域的转录因子结合主动的被动状态,”研究作者说伊万Kulakovskiy,恩格尔哈特分子生物学研究所的研究员和数学问题研究所的生物学、RAS。“令人惊讶的是,以前解释和描述机制被证明占相对较小的份额在整个交通信号灯。我们假设交通信号灯的操作与所谓的DNA区域的活动“地图”(又名。染色质状态),但具体的机制仍未被发现。”
CpG红绿灯CpG二核苷酸的甲基化反映了激活或压迫附近的基因编码。换句话说,这样的二核苷酸信号是否从这个基因合成RNA,并最终是否会产生相关的蛋白质。通过研究CpG红绿灯,研究人员希望了解基因调控的机制。在临床实践中,确定胞嘧啶甲基化的状态产生更可靠的结果,而基因活动的直接测量。这开辟了前景的临床使用CpG交通灯作为基因活性的有效指标。
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参考:Lioznova et al . 2019。CpG红绿灯是监管区域人类基因组的标记。BMC基因组学。DOI: https://doi.org/10.1186/s12864 - 018 - 5387 - 1。
