Metilasi DNA

Metilasi DNA adalah penambahan kovalen gugus metil pada basa DNA, paling umum pada posisi karbon-5 sitosin untuk membentuk 5-metilsitosin. Pada mamalia, metilasi ini terjadi terutama pada dinukleotida CpG dan merupakan mekanisme sentral yang dapat diwariskan untuk mengatur ekspresi gen, menandai elemen transposable, dan menjaga identitas jenis sel yang stabil.

Definition

Metilasi DNA adalah transfer enzimatik gugus metil ke sitosin (membentuk 5-metilsitosin), terutama dalam dinukleotida CpG pada mamalia, menghasilkan tanda yang dapat diwariskan yang memodulasi transkripsi dan keadaan kromatin tanpa mengubah urutan DNA.

Scope

Entri ini mencakup lokasi metilasi terjadi dalam genom (situs CpG dan pulau CpG), bagaimana metilasi memengaruhi transkripsi, bagaimana pola dipertahankan melalui pembelahan sel, dan bagaimana metilasi seluruh genom diukur. Entri ini memperlakukan metilasi DNA sebagai topik epigenetika molekuler dan bersifat referensi-edukasi, bukan panduan klinis.

Core questions

• Di mana dalam genom metilasi sitosin terjadi dan apa yang membedakan pulau CpG?
• Bagaimana metilasi pada promotor berhubungan dengan pembungkaman transkripsi?
• Bagaimana pola metilasi disalin ke sel anakan setelah replikasi DNA?
• Bagaimana metilasi seluruh genom diukur pada resolusi satu basa?

Key concepts

• 5-metilsitosin
• Dinukleotida CpG
• Pulau CpG
• Hipermetilasi promotor dan pembungkaman
• DNA hemimetilasi dan pemeliharaan
• Metilom
• Pengurutan bisulfit seluruh genom

Key theories

Memori epigenetik melalui metilasi pemeliharaan

Metilasi CpG simetris disalin setelah replikasi oleh metiltransferase pemeliharaan yang bekerja pada DNA hemimetilasi, memberikan dasar molekuler untuk transmisi keadaan ekspresi gen yang dapat diwariskan antar generasi sel.

Mechanisms

Gugus metil ditambahkan ke sitosin dalam dinukleotida CpG, menghasilkan 5-metilsitosin. Pulau CpG, yang merupakan daerah padat CpG yang tumpang tindih dengan banyak promotor, umumnya tidak termetilasi pada gen aktif; metilasi pulau yang terkait dengan promotor dikaitkan dengan pembungkaman transkripsi yang stabil, sebagian dengan menghambat pengikatan faktor transkripsi dan dengan merekrut protein pengikat metil-CpG serta kompleks kromatin represif. Karena CpG adalah palindrom, metilasi bersifat simetris pada kedua untai; setelah replikasi, dupleks anakan bersifat hemimetilasi, dan metiltransferase pemelihara mengembalikan metilasi penuh, menyalin pola ke kedua sel anakan. Secara keseluruhan genom, metilasi juga membungkam elemen transposable dan berkontribusi pada pencetakan genomik serta inaktivasi kromosom X.

Clinical relevance

Pola metilasi DNA yang berubah dijelaskan dalam kanker dan kondisi lainnya, dan profil metilasi banyak digunakan dalam penelitian epigenomik dan studi biomarker. Entri ini menjelaskan mekanisme sebagai latar belakang untuk menafsirkan studi tersebut; ini bersifat deskriptif dan bukan dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individu.

Evidence & guidelines

Peta metilom resolusi basa seperti metilom manusia oleh Lister dan rekan-rekannya menunjukkan bahwa metilasi bersifat dinamis dan spesifik jaringan, sementara tinjauan oleh Bird serta oleh Smith dan Meissner mengkonsolidasikan peran perkembangan dan regulasinya. Asosiasi antara metilasi pulau promotor dan pembungkaman didukung dengan baik, meskipun arah dan fungsi metilasi dalam badan gen dan di situs lain tetap menjadi area penyempurnaan aktif.

History

Metilasi sitosin diakui sebagai kandidat pembawa informasi regulasi yang dapat diwariskan pada akhir tahun 1970-an dan 1980-an, dengan model yang mengusulkan bahwa metilasi CpG simetris dapat dipertahankan melalui replikasi. Pekerjaan Bird memperjelas hubungan antara metilasi, pulau CpG, dan kontrol gen yang stabil, dan munculnya pengurutan bisulfit dan kemudian pemetaan satu basa seluruh genom mengubah metilasi menjadi lapisan informasi epigenetik yang dapat dibaca di seluruh genom.

Debates

Apakah metilasi promotor merupakan penyebab atau konsekuensi dari pembungkaman?

Metilasi pulau promotor sangat terkait dengan pembungkaman transkripsi, tetapi apakah metilasi itu memulai pembungkaman atau mengunci keadaan yang ditetapkan oleh peristiwa represif lainnya bersifat tergantung konteks dan masih diperdebatkan.

Key figures

• Adrian Bird
• Aimee Deaton
• Alexander Meissner
• Ryan Lister
• Joseph Ecker

Seminal works

• bird-2002
• deaton-bird-2011
• lister-2009

Frequently asked questions

Apa itu pulau CpG?

Pulau CpG adalah wilayah DNA dengan kepadatan dinukleotida CpG yang luar biasa tinggi, seringkali tumpang tindih dengan promotor gen. Pulau-pulau ini biasanya tidak termetilasi ketika gen terkaitnya aktif.

Bagaimana pola metilasi diwariskan oleh sel anakan?

Karena metilasi CpG simetris pada kedua untai, replikasi menghasilkan DNA hemimetilasi; metiltransferase pemeliharaan kemudian memetilasi untai baru, menyalin pola dengan setia ke setiap sel anakan.