La 5-hidroximetilcitosina (5hmC) es una base nitrogenada de pirimidina de ADN derivada de la citosina . Es potencialmente importante en epigenética , porque el grupo hidroximetilo de la citosina posiblemente puede activar y desactivar un gen. Fue visto por primera vez en bacteriófagos en 1952. [1] [2] Sin embargo, en 2009 se encontró que era abundante en cerebros humanos y de ratón , [3] así como en células madre embrionarias . [4] En mamíferos, puede generarse por oxidación de 5-metilcitosina , una reacción mediada por enzimas TET. . Su fórmula molecular es C 5 H 7 N 3 O 2 . [5]
Nombres | |
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Nombre IUPAC preferido 4-Amino-5- (hidroximetil) pirimidin-2 (1 H ) -ona | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
C 5 H 7 N 3 O 2 | |
Masa molar | 141,13 g / mol |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Localización
Cada célula de mamífero parece contener 5-hidroximetilcitosina, pero los niveles varían significativamente según el tipo de célula. Los niveles más altos se encuentran en las células neuronales del sistema nervioso central . [6] [7] [8] La cantidad de hidroximetilcitosina aumenta con la edad, como se muestra en el hipocampo y el cerebelo de los ratones . [6] [9]
Función
La función exacta de esta base de nitrógeno aún no se ha aclarado por completo, pero se cree que puede regular la expresión génica o provocar la desmetilación del ADN . Esta hipótesis está respaldada por el hecho de que el ADN artificial que contiene 5-hidroximetilcitosinas (5hmC) se puede convertir en citosinas no modificadas una vez introducido en células de mamíferos. [10] Además, la 5hmC está altamente enriquecida en células germinales primordiales , donde aparentemente juega un papel en la desmetilación global del ADN. [11] Además, se detectó 5-formilcitosina, un producto de oxidación de la 5-hidroximetilcitosina y posible intermedio de una vía de desmetilación oxidativa en el ADN de las células madre embrionarias, [12] aunque no se pudieron detectar cantidades significativas de estos supuestos intermedios de desmetilación en ratones tejido. [8] La 5-hidroximetilcitosina puede ser especialmente importante en el sistema nervioso central , ya que se encuentra en niveles muy altos allí. [8] Se ha encontrado que la reducción de los niveles de 5-hidroximetilcitosina se asocia con una autorrenovación alterada en las células madre embrionarias. [13] La 5-hidroximetilcitosina también se asocia con nucleosomas lábiles e inestables que con frecuencia se reposicionan durante la diferenciación celular. [14]
La acumulación de 5-hidroximetilcitosina (5hmC) en neuronas posmitóticas se asocia con una "desmetilación funcional" que facilita la transcripción y la expresión génica . [15] El término " desmetilación " , tal como se aplica a las neuronas, normalmente se refiere al reemplazo de 5-metilcitosina (5mC) por citosina en el ADN que puede ocurrir a través de una serie de reacciones que involucran una enzima TET así como enzimas de la base del ADN. vía de reparación de la escisión (consulte Epigenética en el aprendizaje y la memoria ). La "desmetilación" de 5mC en el ADN resulta con mayor frecuencia en la promoción de la expresión de genes con actividades neuronales. La "desmetilación funcional" se refiere al reemplazo de 5mC por 5hmC, normalmente una reacción mediada por TET de un solo paso, que también facilita la expresión génica, un efecto similar al de la "desmetilación".
Bacterias y fagos
Los fagos probablemente evolucionaron para usar 5hmC para evitar el reconocimiento por la mayoría de las enzimas de restricción en las bacterias. El fago T4 usa 5hmC exclusivamente durante la replicación, agregando glicosilación al grupo hidroxilo para complicar aún más el resto. [16] Algunas bacterias, a su vez, han desarrollado enzimas de restricción específicas para sitios que contienen 5hmC. Un ejemplo destacado es PvuRts1I, identificado originalmente en 1994. [17]
5hmC en T4 es producido por la proteína 42 del genoma, desoxicitidilato 5-hidroximetiltransferasa ( P08773 ; EC 2.1.2.8 ). Las reacciones de glicosilación se conocen como EC 2.4.1.26 , EC 2.4.1.27 y EC 2.4.1.28 .
Historia
La 5-hidroximetilcitosina fue observada por Skirmantas Kriaucionis, un asociado del laboratorio de Heintz, que buscaba niveles de 5-metilcitosina en dos tipos de neuronas diferentes. En cambio, descubrió una cantidad significativa de una sustancia desconocida y, después de realizar varias pruebas, la identificó como 5-hidroximetilcitosina. [18]
El laboratorio de L. Aravind utilizó herramientas bioinformáticas para predecir que la familia de enzimas Tet probablemente oxidaría la 5-metilcitosina a 5-hidroximetilcitosina. [19] Esto fue demostrado in vitro y en células humanas y de ratón vivas por científicos que trabajaban en los laboratorios de Anjana Rao y David R. Liu .
La 5-hidroximetilcitosina fue observada originalmente en mamíferos en 1972 por R. Yura, [20] pero este hallazgo inicial es dudoso. Yura encontró 5-hmC presente en niveles extremadamente altos en el cerebro y el hígado de ratas, reemplazando completamente a la 5-metilcitosina. Esto contradice todas las investigaciones realizadas antes y después de la composición del ADN de mamíferos, incluidos los artículos de Heintz y Rao, y otro grupo no pudo reproducir el resultado de Yura. [21]
Con el descubrimiento de la 5-hidroximetilcitosina, se han planteado algunas preocupaciones con respecto a los estudios de metilación del ADN utilizando la técnica de secuenciación de bisulfito. [22] Se ha demostrado que la 5-hidroximetilcitosina se comporta como su precursora, la 5-metilcitosina, en experimentos de conversión de bisulfito . [23] Por lo tanto, es posible que sea necesario revisar los datos de secuenciación de bisulfito para verificar si la base modificada detectada es 5-metilcitosina o 5-hidroximetilcitosina. En 2012, el laboratorio de Chuan He descubrió un método para resolver los problemas de detección de 5-hidroximetilcitosina como 5-metilcitosina en experimentos normales de conversión de bisulfito utilizando las propiedades oxidativas de la familia de enzimas Tet, este método se ha denominado TAB-seq . [24] [25]
En junio de 2020, Oxford Nanopore agregó un modelo de detección de hidroximetilcitosina a su basecaller de investigación, rerio, lo que permite que los datos de nivel de señal antiguos de cualquier análisis de nanoporos R9 + se vuelvan a llamar para identificar 5hmC. [26]
Referencias
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Ver también
- metilación