2) ацетиллирование гистонов
3) фосфорилирование гистонов
4) однонуклеотидный полиморфизм родительских хромосом
Наиболее изученной эпигенетической модификацией считается метилирование ДНК, преимущественно метилирование цитозина в CpG-динуклеотидах с образованием 5-метилцитозина. Реакцию катализируют ДНК-метилтрансферазы: DNMT3A и DNMT3B обеспечивают формирование новых метилированных участков, а DNMT1 поддерживает метилирование после репликации. Метилирование промоторных CpG-островков обычно снижает доступность ДНК для транскрипционного аппарата и приводит к стабильному подавлению экспрессии гена.
Этот механизм участвует в геномном импринтинге, инактивации X-хромосомы, тканеспецифической регуляции генов и раннем эмбриональном развитии. Нарушения паттернов метилирования лежат в основе ряда наследственных синдромов и опухолевого процесса: возможны глобальное гипометилирование генома и локальная гиперметилирование промоторов генов-супрессоров опухолей. В отличие от эпигенетических изменений, однонуклеотидный полиморфизм изменяет последовательность ДНК и относится к генетической, а не эпигенетической вариабельности.
Метилирование ДНК изучают с помощью бисульфитного секвенирования, метилспецифической ПЦР, пиросеквенирования и микрочиповых методов. После бисульфитной обработки неметилированный цитозин превращается в урацил, тогда как 5-метилцитозин сохраняется, что позволяет количественно оценить степень метилирования конкретного участка. Ацетилирование, метилирование и фосфорилирование гистонов также регулируют структуру хроматина, однако метилирование CpG-участков ДНК является наиболее подробно охарактеризованной эпигенетической модификацией.
| Объект или механизм | Молекулярная основа | Типичный эффект | Клиническое или диагностическое значение |
|---|---|---|---|
| Метилирование CpG-динуклеотидов | Присоединение метильной группы к 5-му атому углерода цитозина с образованием 5-метилцитозина | Подавление транскрипции при метилировании промоторных CpG-островков | Исследование импринтинга, эпигенетических синдромов и опухолевых биомаркеров |
| Поддерживающее метилирование | DNMT1 восстанавливает метилирование дочерней цепи после репликации | Сохранение эпигенетического паттерна в клеточных поколениях | Обеспечивает митотическую стабильность тканеспецифической экспрессии генов |
| Де novo-метилирование | DNMT3A и DNMT3B формируют новые метилированные участки | Установление эпигенетической программы развития и дифференцировки | Патогенные варианты DNMT3A и DNMT3B связаны с нарушениями развития и наследственными заболеваниями |
| Деметилирование | Окисление 5-метилцитозина ферментами семейства TET с последующим удалением модифицированного основания | Ослабление или снятие репрессии транскрипции | Нарушения пути TET участвуют в патогенезе некоторых миелоидных неоплазий |
| Ацетилирование гистонов | Перенос ацетильной группы гистон-ацетилтрансферазами на лизин гистонов | Ослабление взаимодействия гистонов с ДНК и обычно активация транскрипции | Мишень эпигенетической терапии; ингибиторы гистондеацетилаз применяются в отдельных онкогематологических заболеваниях |
| Фосфорилирование гистонов | Добавление фосфатной группы протеинкиназами | Изменение упаковки хроматина и участие в ответе на повреждение ДНК или митозе | Важный регуляторный механизм, но менее универсальный маркер стабильного эпигенетического состояния |
| Однонуклеотидный полиморфизм | Замена одного нуклеотида в последовательности ДНК | Изменение генетической информации, иногда структуры или функции белка | Генетический вариант, не являющийся эпигенетической модификацией |
Эпигенетические метки потенциально обратимы, поэтому их рассматривают как мишени для лекарственного воздействия и как динамические биомаркеры. Интерпретация результатов должна учитывать ткань, возраст, клеточный состав образца и специфику исследуемого локуса. Изменение метилирования само по себе не всегда доказывает причинную роль в заболевании и требует сопоставления с экспрессией соответствующего гена и клиническими данными. Наиболее информативен комплексный анализ генетических вариантов, профиля метилирования и фенотипа пациента.