DNA मेथिलीकरण क्या है? — जीवविज्ञान

परिभाषा 1.8 विश्वविद्यालय जीवविज्ञान — वर्ष 3 · अध्याय 1 — क्रोमैटिन और एपिजेनेटिकी

कशेरुकियों में मेथिल समूह साइटोसीन के कार्बन 5 से लगभग केवल द्विन्यूक्लियोटाइड CpG में जुड़ता है (एक C जिसके बाद उसी लड़ी पर एक G हो), और यह अनुक्रम अपना ही पूरक है, इसलिए मेथिलित CpG सामान्यतः दोनों लड़ियों पर मेथिलित होता है। किसी मानव कोशिका के लगभग $70\text{ से }80\,\%$ CpG मेथिलित होते हैं, और मेथिलित प्रवर्तक मौन रहते हैं: मेथिल समूहों को मेथिल-CpG-बंधक प्रोटीन (MeCP2, MBD1–4) पढ़ते हैं, जो HDAC तथा H3K9 मेथिलेज़ बुलाते हैं, और वे कई अनुलेखन-कारकों को सीधे रोकते भी हैं। अपवाद हैं CpG द्वीप, लगभग एक किलोक्षार लंबे ऐसे खंड जो G तथा C में और CpG में समृद्ध हैं, अधिकांश गृहव्यवस्था-जीनों के प्रवर्तकों पर बैठते हैं और सामान्य कोशिकाओं में अमेथिलित रहते हैं। मेथिल समूह DNA मेथिलट्रांसफ़रेज़ लिखती हैं: DNMT3A और DNMT3B अमेथिलित स्थलों का नव मेथिलीकरण करती हैं, और DNMT1, जो अर्धमेथिलित CpG को वरीयता देती है — एक लड़ी मेथिलित, दूसरी नहीं —, प्रतिकृति-द्विशाख के पीछे-पीछे अनुरक्षण मेथिलीकरण करती है। हटाना निष्क्रिय रूप से होता है, बिना अनुरक्षण की प्रतिकृति से, या सक्रिय रूप से TET एंज़ाइमों से, जो 5-मेथिलसाइटोसीन को 5-हाइड्रॉक्सीमेथिलसाइटोसीन तक और उससे आगे तक ऑक्सीकृत करती हैं, जब तक क्षार-उच्छेदन मरम्मत उसकी जगह सादा साइटोसीन न रख दे।

बाएँ: अनुरक्षण मेथिलीकरण। प्रतिकृति के बाद हर CpG अर्धमेथिलित होता है; DNMT1 प्रति स्थल प्रायिकता से चिह्न की नकल नई लड़ी पर उतारती है। दाएँ: = 0.99, = 0.02 के लिए विभाजनों पर किसी स्थल की नियति (मेथिलित से नीला, अमेथिलित से लाल) — दोनों p* = 0.67 पर अभिसरित होते हैं — और ऐसे स्थल की नियति जिसके पड़ोस का पुनर्भरण को 0.999 तक उठा देता है (हरा)। — बाएँ: अनुरक्षण मेथिलीकरण। प्रतिकृति के बाद हर CpG अर्धमेथिलित होता है; DNMT1 प्रति स्थल प्रायिकता $\mu$ से चिह्न की नकल नई लड़ी पर उतारती है। दाएँ: $\mu = 0.99$ , $\delta = 0.02$ के लिए विभाजनों पर किसी स्थल की नियति (मेथिलित से नीला, अमेथिलित से लाल) — दोनों $p^{*} = 0.67$ पर अभिसरित होते हैं — और ऐसे स्थल की नियति जिसके पड़ोस का पुनर्भरण $\mu$ को $0.999$ तक उठा देता है (हरा)।

उदाहरण

उदाहरण 1.9 (जीनोम में CpG की कमी क्यों है)

मानव जीनोम $42\,\%$ G $+$ C है, इसलिए यदि क्षार स्वतंत्र होते तो कोई CpG $0.21\times 0.21 \approx 0.044$ बारंबारता से आता, यानी द्विगुणित जीनोम में लगभग $2.8\times 10^{8}$ बार। प्रेक्षित संख्या लगभग $5.6\times 10^{7}$ है, उसका पाँचवाँ भाग। कारण स्वयं चिह्न है: जो मेथिलित साइटोसीन अपना अमीनो समूह खोता है वह थाइमीन बन जाता है, एक सामान्य क्षार जिसे मरम्मत गलत नहीं पहचान सकती, जबकि अमेथिलित साइटोसीन विअमीनन से यूरैसिल बनता है, जो उच्छेदित हो जाता है। विकासात्मक काल में मेथिलित CpG उत्परिवर्तित होकर TpG और CpA बन गए हैं, और केवल अमेथिलित द्वीपों ने अपने CpG बचाए रखे हैं। चिह्न ने अनुक्रम में अपना हस्ताक्षर छोड़ा है।

उदाहरण 1.11 (संख्याएँ)

स्तनधारी कोशिकाओं के लिए मापे गए मान किसी प्रारूपिक CpG पर प्रति विभाजन $\mu \approx 0.99$ और $\delta \approx 0.02$ हैं। तब $p^{*} = 0.02/0.03 \approx 0.67$ , जो जीनोम-भर के मेथिलित अंश के निकट है, और $\mu - \delta = 0.97$ : पूरी तरह मेथिलित कोई स्थल यदि केवल इसी तंत्र के भरोसे छोड़ दिया जाए तो $\ln 2 / 0.03 \approx 23$ विभाजनों के बाद औसत की ओर आधा रास्ता तय कर चुका होगा। इसलिए जो प्रवर्तक जीवन भर के सैकड़ों विभाजनों तक मौन रहता है उसे DNMT1 से अधिक कुछ चाहिए: मेथिल-CpG पाठक H3K9 मेथिलीकरण को बुलाते हैं और H3K9 पाठक DNMT3 को, जिससे चिह्नों का कोई सघन द्वीप अपना ही $\mu$ $1$ की ओर उठाता है और पड़ोसी $\delta$ को $0$ की ओर गिराता है। इसके विपरीत, जो कोशिका DNMT1 खो देती है वह चिह्न निष्क्रिय रूप से खो देती है: $\mu = \delta = 0$ पर मेथिलित लड़ियों का अंश हर विभाजन पर आधा हो जाता है।

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