Metilasyonun Görevleri
Transkripsiyonun Baskılanması
Metilasyon DNA ve proteinler arasında bir ilişki sağlayarak transkripsiyonu etkileyen kromatin yapı değişiklikleri ortaya çıkartır. Bir gen 3 kriter yerine gelirse eksprese olabilir:
-Uygun transkripsiyon faktörleri ortamda olmalıdır,
- Histonlar asetile ve metillenmemiş durumda olmalıdır,
- CpG adalarındaki sitozinler metillenmemiş olmalıdır.
Metilasyonun gen susturulmasına nasıl neden olduğu da önemli bir konudur. Promotor bölgedeki metilasyonun transkripsiyonun baskılanmasına, bu baskılanmayı düzenleyen kromatin proteinleri ortama gelmeden neden olmadığı deneylerle gösterilmiştir. DNA metilasyonu, histon modifikasyonu ve kromatin yeniden düzenlenmesinin gen susturulmasındaki rolü ile ilgili olarak 3 hipotez öne sürülmektedir. İlk hipotezde DNA metilasyonu histon modifikasyonlarını tetiklemektedir. Bu hipotezde DNMT3A ve DNMT3B tarafından de novo metilasyon gerçekleşir ve bunun ardından MECP2-Sin3a-HDAC’dan oluşan bir kompleks histon deasetilasyonunu meydana getirir. Yeniden düzenlenmiş bu kromatin Suv39h gibi histon metil transferazları ortama çağırır ve Histon H3’ün lizin 9 (H3-K9) rezidüsü metillenir, bu da kromatinin inaktif yapısını stabil hale getirir.
İkinci hipotezde ise histon metilasyonunun DNA metilasyonunu başlattığı öne sürülmektedir. Metile H3-K9, HP1’i ortama çağırmak için bir sinyal görevi görür ve HP1 hem HMT’ların ortama gelmesini sağlayarak H3-K9’un metillenmesini devam ettirir hem de DNMT’ları inaktif kromatinin stabilleştirilmesi için ortama çağırır.
DNA Metil Transferazlar (DNMT)
Metil grubunu DNA’ya bağlayan enzimlerdir. Şu ana kadar memelilerde 5 DNA Metil Transferaz (DNMT) saptanmıştır: DNMT1, DNMT2, DNMT3a, DNMT3b ve DNMT3L. DNMT1 DNA replikasyonundan sonra oluşan yeni DNA zincirindeki metilasyondan sorumludur. DNMT3a ve DNMT3b erken gelişim döneminde gözlenen de novo metilasyonu gerçekleştirmektedir. DNMT3L gametogenez sırasında eksprese edilir; DNMT3a ve DNMT3b ile benzer homolojiyi paylaşsa da ağırlıklı olarak maternal genomik imprintlenmede rolü bulunmaktadır. DNMT2, metiltransferazlara ait klasik sekans motiflerini taşısa da şu ana kadar DNA metilasyonundaki rolü saptanamamıştır. DNMT’ların C terminal bölgesi katalitik aktiviteden sorumlu iken, N terminal bölgesi düzenleyici fonksiyona sahiptir. N terminal bölgesi DMAP1, PCNA, Rb gibi birçok proteinle ilişki halindendir.
DNMT1 özellikle hemi-metile DNA’ya afinite göstermektedir. Yapılan fare deneylerinde DNMT1’in kaybının ölümcül olduğu gösterilmiştir. DNMT1’den yoksun fare embriyoları gastrulasyon aşamasından sonra genom genelindeki demetilasyona bağlı olarak öldükleri gösterilmiştir (43). Bunun yanında enzimin aşırı ekspresyonunun kanser hücre hatlarında de novo metilasyona neden olduğu gösterilmiştir. DNMT1’in çift DNA bağlanma bölgesi vardır. C terminal ucundaki bölge metile olmayan DNA’ya bağlanırken, N terminal ucundaki bölge metile DNA’ya bağlanmaktadır.
Fertilizasyondan hemen sonra fare genomunda genel bir demetilasyon oluşmaktadır. Bunu takip eden implantasyon sırasında gelişen genom genelindeki de novo remetilasyondan ise DNMT3a ve DNMT3b sorumludur ve bu de novo metilasyon memeli gelişimi için hayati önem taşımaktadır (55). DNMT3a ve DNMT3b’den yoksun farelerde morfolojik bozukluklar gözlenmekte ve bu fareler erken gelişim evrelerinde ölmektedir. DNMT3b, DNMT3a’dan farklı olarak sentromerik minör satellit tekrarlarının metillenmesi için gereklidir. Örneğin otozomal resesif Immunodeficiency-Centromeric Instability-Facial Anomalies (ICF) sendromunda DNMT3b’de meydana gelen mutasyonlar, perisentromerik heterokromatinde hipometilasyona neden olmaktadır.
Metilasyon Nedir?
‘Epigenetik’ kavramı ilk defa 1942 yılında Conrad Waddington tarafından ortaya atılmış ve ‘genotipin fenotipe dönüşmesi aşamasındaki işlemler’olarak tanımlanmıştır. Günümüzde ise bu kavram “DNA dizi değişikliği olmadan mayotik ve/veya mitotik olarak kalıtılabilen gen ekspresyon değişiklikleri” olarak tanımlanmaktadır. DNA’ya metil grubu bağlanması, bu kavramın ortaya atılmasından günümüze kadar ana epigenetik mekanizma olarak kabul edilmiştir. Metilasyon spesifik restriksiyon enzimlerinin keşfi ile de metilasyonun fonksiyonunu anlamak amacıyla yapılan çalışmalar hız kazanmıştır. En son olarak da ‘epigenomik’kavramı bilim terminolojisine girmiştir
Metilasyon memelilerde, CpG dinükleotidinde bulunan sitozinin 5. karbonuna metil grubu (CH3) takılması ile gerçekleşir ve sonuçta 5-metilsitozin (5-MeC) oluşur. Genomda tüm sitozinlerin %3-4’ü metile halde bulunur. 5-MeC’ler büyük oranda CpG dinükleotitlerinde olsalar da CpNG, CC(a/t)GG, CpA ve CpT’nin de, düşük oranlarda da olsa metillendiği bilinmektedir (45). Genomik DNA’nın unutulan bu beşinci bazı guaninle eşleşirken sitozinden farklı bir özellik göstermez. Bitkilerde ve filamentöz mantarlarda, CpG alanları dışındaki sitozinlerin metillenmesine, hayvanlara göre sık rastlanılmaktadır (47). E.coli gibi bakterilerde ise sitozin dışında adeninin de metillendiği bilinmektedir
Metilasyonun iki ana görevi vardır:
1) Transkripsiyonu baskılamak
2) Genomun güvenliğini ve yapısal bütünlüğünü sağlamak
Genomda sitozin metilasyonunun önemli olduğu bölgeler
1) CpG adaları:
2) G+C izokorları:
3) CpG sıcak noktaları:
CpG adaları
Genomdaki toplam CpG’nin küçük bir bölümü CpG adalarında yoğunlaşmış şekildedir. Bu bölgeler 1-2 kilobaz (kb) uzunlukta olup CpG içerikleri %50’nin üzerindedir ve bu bölgedeki CpG dinükleotidleri normal durumlarda metile olmamış durumdadır. Yaklaşık olarak 29000 CpG adası bulunmaktadır ve kromozomların Megabaz (Mb) başına 5-15 CpG adasına sahip olduğu hesaplanmıştır (IHGS Consortium, 2001). Bir genomik bölgede bulunan CpG adası sayısı ile o bölgedeki genlerin sayısı arasında doğru orantılı bir ilişki vardır.
CpG adaları genel olarak genlerin promotor bölgelerinde ve ilk ekzonlarında bulunur. Metilasyonun sıklıkla transkripsiyonun baskılanmasına neden olduğu düşünülürse, promotor bölgelerde bulunan CpG adaları içerisindeki CpG dinükleotidlerinin niçin sıklıkla metillenmemiş durumda olduğu daha rahat anlaşılabilir. Metillenmemiş durumda bulunan CpG adalarındaki yeniden metillenmeler, yaşlanma süreci ve kanser gibi bazı hastalıkların ortaya çıkmasında önemli rol oynamaktadır. CpG adalarının normal olarak metile halde bulunduğu 4 yer vardır;
1- İmprintlenmiş genler
2- Kadınlarda inaktif X kromozomu
3- Germline spesifik genler
4- Doku spesifik genler
