O que é Metilação do DNA? — Biologia

Definição 1.8 Biologia universitária — 3.º ano · Capítulo 1 — Cromatina e epigenética

Nos vertebrados um grupo metila é acrescentado ao carbono 5 da citosina quase somente no dinucleotídeo CpG (um C seguido de um G na mesma fita), uma sequência que é seu próprio complemento, de modo que um CpG metilado costuma estar metilado nas duas fitas. Cerca de $70\text{ a }80\,\%$ dos CpGs de uma célula humana estão metilados, e promotores metilados são silenciosos: os grupos metila são lidos por proteínas ligadoras de metil-CpG (MeCP2, MBD1–4) que recrutam HDACs e metilases da H3K9, e bloqueiam diretamente vários fatores de transcrição. As exceções são as ilhas CpG, trechos de cerca de uma quilobase, ricos em G e C e em CpG, que se situam nos promotores da maioria dos genes de manutenção e permanecem não metilados em células normais. O grupo metila é escrito pelas DNA metiltransferases: a DNMT3A e a DNMT3B realizam a metilação de novo de sítios não metilados, e a DNMT1, que prefere um CpG hemimetilado — uma fita metilada, a outra não —, realiza a metilação de manutenção atrás da forquilha de replicação. A remoção é passiva, por replicação sem manutenção, ou ativa, pelas enzimas TET, que oxidam a 5-metilcitosina a 5-hidroximetilcitosina e além, até que o reparo por excisão de bases a troque por uma citosina comum.

À esquerda: a metilação de manutenção. Após a replicação todo CpG está hemimetilado; a DNMT1 copia a marca para a fita nova com probabilidade por sítio. À direita: o destino de um sítio ao longo das divisões para = 0.99, = 0.02 (azul a partir do estado metilado, vermelho a partir do não metilado) — ambos convergem para p* = 0.67 — e para um sítio cuja retroalimentação de vizinhança eleva a 0.999 (verde). — À esquerda: a metilação de manutenção. Após a replicação todo CpG está hemimetilado; a DNMT1 copia a marca para a fita nova com probabilidade $\mu$ por sítio. À direita: o destino de um sítio ao longo das divisões para $\mu = 0.99$ , $\delta = 0.02$ (azul a partir do estado metilado, vermelho a partir do não metilado) — ambos convergem para $p^{*} = 0.67$ — e para um sítio cuja retroalimentação de vizinhança eleva $\mu$ a $0.999$ (verde).

Exemplos

Exemplo 1.9 (Por que o genoma é pobre em CpG)

O genoma humano tem $42\,\%$ de G $+$ C, de modo que, se as bases fossem independentes, um CpG ocorreria com a frequência $0.21\times 0.21 \approx 0.044$ , cerca de $2.8\times 10^{8}$ vezes no genoma diploide. O número observado é de cerca de $5.6\times 10^{7}$ , um quinto disso. A razão é a própria marca: uma citosina metilada que perde seu grupo amino torna-se timina, uma base normal que o reparo não consegue reconhecer como errada, ao passo que uma citosina não metilada se desamina a uracila, que é excisada. Ao longo do tempo evolutivo os CpGs metilados mutaram em TpG e CpA, e só as ilhas não metiladas conservaram seus CpGs. A marca deixou sua assinatura na sequência.

Exemplo 1.11 (Números)

Os valores medidos em células de mamífero são $\mu \approx 0.99$ e $\delta \approx 0.02$ por divisão num CpG típico. Então $p^{*} = 0.02/0.03 \approx 0.67$ , próximo da fração metilada de todo o genoma, e $\mu - \delta = 0.97$ : um sítio totalmente metilado entregue apenas à maquinaria estaria a meio caminho de volta à média após $\ln 2 / 0.03 \approx 23$ divisões. Um promotor silenciado que permanece silencioso durante as centenas de divisões de uma vida precisa, portanto, de mais do que a DNMT1: os leitores de metil-CpG recrutam a metilação da H3K9 e os leitores da H3K9 recrutam a DNMT3, de modo que uma ilha densa de marcas eleva seu próprio $\mu$ rumo a $1$ e abaixa o $\delta$ vizinho rumo a $0$ . Inversamente, uma célula que perde a DNMT1 perde a marca passivamente: com $\mu = \delta = 0$ a fração de fitas metiladas cai pela metade a cada divisão.

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