Субстратом метилирования ДНК является цитозин (метильных групп присоединяется к пятому атому кольца с
образованием 5mC 5-метилцитозину) в составе динуклеотид CpG (рис. 6.27). Вообще, в 70? 80% динуклеотидних контактов CpG оба цитозин является метилированных в эукариотических геномов. Зоны, где поддерживается деметилированных состояние CpG (CpG-островки, см. Раздел 4), часто расположены в промотора генов домашнего хозяйства? таких, которые являются активными независимо от специализации клеток. Паттерн тканеспецифической метилирования ДНК является результатом двух процессов: поддержание метилированных статуса после репликации и метилирования de novo.
Поддерживающая ДНК метилтрансфераза (DNA methyltransferase, Dnmt) срабатывает в течение 1? 2 минуты после репликации: две дочерние молекулы ДНК содержат родительской цепь ДНК (с 5mС в составе CpG) и синтезированный цепь, где С не является метилированных. Dnmt узнает такие напивметильовани динуклеотидни контакты и восстанавливает симметрию относительно метилирования С. За счет этого процесса паттерн метилирования воспроизводится в дочерних клетках, что является, наряду с восстановлением модификаций гистонов, одним из важных механизмов эпигенетического наследования. Другие ДНК-метилтрансферазы осуществляют метилирования ДНК de novo.
Особенно важным этот процесс на ранних стадиях эмбрионального развития, когда ДНК является тотально деметилированного. В процессе дифференциации осуществляется массовое метилирования ДНК, который определяет специфическое отключение определенных групп генов в специализированных клетках. Кроме того, деметилирования возможно и в дифференцированных клетках, где Dnmt используются для восстановления метилированных статуса.
Итак, метилирования ДНК является признаком репрессированных и гетерохроматинового участков. Привлечение 5mС в репрессиях связано с наличием в составе определенных белков особых структурных модулей? MBD (Methyl Binding Domain), которые имеют специфическую сродство к метилированных динуклеотид CpG. Белки, содержащие MBD, являются компонентами различных репрессирующей комплексов. В частности, такие белки рекрутируют в метилированных участков хроматина гистона-деацетилазы. С другой стороны, деацетильований состояние гистоновых хвостов блокирует деметилюючи активности, и наоборот? ацетилирования хвостов может вызвать деметилирования ДНК в активных участках.
Аналогично, белки, содержащие MBD, рекрутируют гистона-метилтрансферазу, которая осуществляет метилирования Lys9 гистона Н3, что приводит к репрессии (рис. 6.25, 6.26). И наоборот: Me-Lys9 узнается белком, содержащим хромодомен и рекрутирует ДНК метилтрансферазу.
Хотя Me-Lys9 и 5mС являются общими маркерами конститутивно репрессированных участков хроматина, не всегда репрессия и дополнительная компактизации зависит от НР1 реализуются также другие системы, большинство из которых еще не достаточно изучены. Примером такой системы является инактивация одной из Х-хромосом в клетках самок млекопитающих. В составе Х-хромосомы, которая будет инактивированной (выбирается случайно на ранних стадиях развития), срабатывает ген Xist, что продуцирует большое некодирующие молекулу РНК. Эти РНК укрывают собой хромосому и взаимодействуют с некоторыми белками, среди которых? вариант гистона Н2А macroH2A. Вероятно, macroH2A рекрутирует гистона-метилтрансферазу (осуществляется метилирования Lys9 гистона Н3) и гистона-деацетилазу. Метилирование Lys9, в свою очередь, приводит метилирования ДНК (что обеспечивает эпигенетические наследственность). Кроме того, в Х-хромосомы рекрутируются структурные компактизуючи белки (но не НР1).