CpG Adaları Fikriye Fulya KAVAK CpG Adaları CG adaları, genomda sitozin ve guanin sıralı ikilisin sıklıkla bulundukları bölgelere denir. Ortadaki “p” C ve G nükleotidlerin arasında bulunan fosfodiester bağından gelir. Çoğu memeli gen promotörü, yüksek seviyelerde metillenmemiş CpG dinükleotitleri ile karakterize edilen, CpG adaları olarak adlandırılan genomik bölgelere gömülür. CpG adaları tipik olarak 200 bç ya da daha uzun, %50 ya da daha fazla C+G içeriğine sahip gözlemlenen CpG/umulan CpG oranı 0,6’yı geçen DNA dizisi olarak tanımlanır. Bu sekanslar yaklaşık olarak 1 kb uzunluğunda olabilmekte ve tüm insan genlerinin %60-70’nin promotor bölgelerini temsil etmektedir. CpG dinükleotitlerinin yetersiz temsil edildiği ve yaygın olarak metillendiği toplu genomik DNA'nın aksine, CGI'lar yüksek bir CpG yoğunluğu sergiler ve DNA metilasyonuna direnç gösterirler. İnsan promotörlerinin yaklaşık% 70'i yüksek bir CpG içeriğine sahiptir. GC ikinükleotit sekanslarının sıklığı göz önüne alındığında, CpG dinükleotitlerinin sayısı beklenenden çok daha düşüktür. Memelilerde, CpG sitozinlerin % 70 ile % 80'i metillenmiştir. İnsan genomunda 28.890 CpG adası vardır CpG adaları ayrıca , microRNA'lar gibi fonksiyonel kodlamayan RNA'lar için promotörlerde sıklıkla ortaya çıkar. Memeli genomundaki çoğu CpG’ler gelişim boyunca metiledirler ama birçok housekeeping veya gelişimsel regülasyon gen promotorlarındaki CpG adaları temel olarak hipometiledir. CGI promotorları birçok pozisyondan başlayabilen bir sınıf transkripsiyon başlama bölgesini tanımlamaktadır. Promotörlerle ilişkili CGI'lar hemen hemen her zaman metillenmemiş kalmasına rağmen, gen gövdeleri içinde yer alan 9,000 CGI'nin çoğu, geliştirme ve farklılaşma sırasında metillenir. DNA metilasyon çalışmaları tanımlanmış gen promotorlarına odaklanmışlardır (Weber ve ark. 2007; Meissner ve ark. 2008), ama CGI’lar genler arası bölgede, transkripsiyon başlama bölgesinde ya da transkripsiyonun gerçekleştiği gen gövdesinde de bulunurlar. CGI’ların genomik dağılımı; (A) CGI’lar tanımlanmış TSS ‘lerde, gen gövdelerinde (intragenik) veya tanımlanmış genlerin arasında (integenik) lokalize olabilirler. Fonksiyonu bilinmeyen intragenik ve intergenik CGI’lar Yetim (orphan) CGI olarak sınıflandılmaktadır. Unmetile CpG rezidüeleri (boş daireler) Metile CpG rezidüeleri (dolu daireleri) Yetim olarak adlandırılan bu CpG adaları (orphan CGI) insan ve fare genomunda tüm CGI’ların yarısı kadardır ve çoğu benzer epigenetik özellik gösterir. Ama yine de intragenik bölgelerde oluşan bu CpG adaları gelişim boyunca daha sık olarak metiledirler ve ayrıntılı regülatör fonksiyonları etkiliyebilirler. Çoğu promotor ilişkili CpG adaları normal somatik hücrelerde ve eşey hücre hattı dokularında gen ekspresyonuna izin verecek şekilde hipometiledir. Bunun tersine çoğu kanser hücresinde tümör baskılayıcıların promotorlarında karsinogeneze katkı sağlarcasına hipermetiledirler. tilasyonu İnsan genomu, A,C, T, G bazlarını eşit oranlarda içermektedir. Onların doğal hallerine ek olarak, bu bazlardan bazıları modifiye formda bulunurlar. En yaygın modifikasyon sitozin metilasyonudur. Sitozin rezidüelerinin %1’i metiledir. Bunların %30’u CA, CT, CC, %70 ise CG, veya CpG (Cfosfat-G) dinükleotidleri arasında dağılmıştır Kök hücrelerde, CpG metilasyonlu (mavi) DNA bölgeleri çoğunlukla homojen olarak metillenir, oysa bu modifikasyon fibroblastlarda daha heterojendir. Öncelikle CA nükleotitlerinde ortaya çıkan CpG olmayan metilasyon (kırmızı), sadece kök hücrelerde bulunur, ancak CpG metilasyonundan asimetrik ve daha az ve yamalıdır. Eğer fibroblastlar indüklenmiş pluripotent kök hücrelere dönüştürülürse, CpG dışı metilasyonu yeniden kazanırlar. Dolu daireler, metillenmiş sitozinler; doldurulmamış daireler, metillenmemiş sitozinler. H, A, C veya T anlamına gelir; N, herhangi bir nükleotidi belirtir. https://doi.org/10.1038/462296a CpG metilasyonunun genom boyunca araştırılması, bazı özellikleri ortaya çıkarmıştır: ilki, CpG’ler genom boyunca rastgele dağılmamışlardır, CpG adalarında kümelenmişlerdir; ikincisi bu CpG adaları promotor bölgelerde ya da yakınlarında konumlanmışlardır; üçüncüsü, dişi X kromozomu, inaktif X geniş ve ağır bir şekilde DNA metilasyonuna uğramıştır; dördüncüsü, genom boyunca yaklaşık 100 lokus maternal ya da paternal metilasyon statüsünün direk kopyaları olarak metilasyon kalıbı gösterirler. Transkripsiyon ile bağlantılarının yanısıra CGI’ların fonksiyonel önemi de açığa çıkmaya başlamıştır. CGI promotorları, farklı yapılardaki transkripsiyon kalıplarının ve kromatin konfigürasyonlarının ortaya çıkmasını sağlamıştır ve kromatin yapıyı modifiye eden proteinler (bazıları spesifik olarak unmetile CpG’ye bağlanır) tarafından yönetilmektedirler. Genelde TATA kutuları diğer kor promotor elementlerle (BRE, DPE ve DCE gibi) birlikte transkripsiyonel başlangıç odağı ile ilişki kurma eğilimindedir ama CGI promotorlarında bu elementlerin yokluğu alışıldık bir durumdur. Bunun istisnaları vardır. İnsan α-globin geni MyoD1 ve eritropoietin CGI promotoruna sahip olmasına rağmen TATA kutusuna da sahiptir. CGI promotorları aktif olmasalar bile RNAPII’e bağlanırlar ve bir tür transkripsiyon oluşturma çabasındaymış gibi görünürler. CGI’lar, yüksek CpG yoğunluğu yüksek G+C içeriği TATA gibi kor promotor elementi yokluğu dışında bir de küçük uzun-oranlı sekans korunması paylaşırlar. GC seviyesinin yüksek olması sık bulunan transkripsiyon faktörlerinin onlara bağlanma ihtimalini arttırabilir. Genelde memeli transkripsiyon faktörü bağlanma bölgeleri GC zengini bölgelerde diğer bölgelere göre daha fazladır ve çoğu tanınma sekanslarında CpG içerir. DNA metilasyonu gen transkripsiyonunu iki şekilde etkileyebilir Birincisi, DNA'nın metillenmesi transkripsiyon faktörlerinin bağlanmasını engelleyebilir, ikincisi metillenmiş DNA metil-CpG'ye-bağlanıcı bölge proteinleri tarafından bağlanır. (methyl-CpG-binding domain proteins; MBD) MBD proteinleri, diğer proteinleri de seferber ederek, sessiz kromatin olarak adlandırılan, kompakt ve inaktif bir kromatin yapısı oluşmasını sağlar. MBD proteinlerinin varlığına dayanarak araştırmacılar, özellikle metillenmemiş CpG'leri tanıyan proteinlerin var olabileceğini varsaydılar. Daha sonraki çalışmalarda, CxxC parmak proteini 1 (Cfp1) olarak adlandırılan CpG bağlayıcı proteini (CGBP), böyle bir faktör olarak tanımladılar. Bu proteinin, in vitro olarak özellikle CpG dinükleotitlerini tanıyan bir ZF (çinko parmak) -CxxC alanı vasıtasıyla DNA'ya bağlandığı bulundu. İlginç bir şekilde ve CGI işleviyle potansiyel olarak ilgisi olan çoğu ZF-CxxC proteini, kromatin değiştirme aktiviteleri ile ilişkilidir. Örneğin CFP1, histon H3 lisin 4 (H3K4) üzerinde etkili olan SETD1 içeren bir metiltransferaz kompleksi içinde bulunurken, KDM2A, histon H3 lisin 36 (H3K36) hedefleyen bir JmjC alanı içeren demetilaz enzimidir. Çalışmalarımızda, bu ZF-CxxC proteinleri ile ilişkili histon modifiye edici aktivitelerin CGI'larda tanımlanmış bir kromatin ortamı oluşturduğunu gözlemledik. Jumonji (N / C terminal alanları): Alfa-keto glutarat gibi anahtar kofaktörlerin bağlanma bölgesi 5-metilsitosinin 5-hidroksimetilsitosine Genel olarak hücrelerde DNA metilasyonu iki şekilde gerçekleşir. Bunlardan birincisi, hiç metillenmemiş bir DNA molekülünün yeniden metillenmesi, ‘’de novo metilasyon’’ , diğeri ise metillenmiş olan DNA bölgelerinin Replikasyon sonrasında da devam ettirilmesi, ‘’sürdürme metilasyonu’’ ya da diğer bir ifade ile ‘’hemi-metilasyondur. DNA’nın metilasyonu, ‘’metil transferaz’’ olarak adlandırılan transetkili enzimler tarafından gerçekleştirilir. Metillenecek DNA molekülünün durumuna göre ya de novo metillenir, ya da yarı-metillenmiş ise komplementer zincir de metillenir. Bilinen tüm DNMT enzimleri sitozin bakiyelerini C-5 pozisyonuna metil grubu transfer etme yeteneğine sahiptirler. DNMT’ların DNA’daki hedefi palindromik CG’lerdir. Bilinen tüm DNMT enzimleri metil grubu vericisi olarak S-adenosilmetiyonin (SAM) molekülünü kullanır. Sitozin metilasyonu ve metilasyonun 5-azasitidin ile inhibisyonu DNMT1, G1 ve G2 fazları boyunca çekirdekte bulunana bir nükleer proteindir ve S fazı boyunca (Leonhardt ve ark.,1992) replikasyonla ilişkilidir ve DNA metilasyonunun devamlılığında temel proteinlerden biridir. DNA metil transferaz, DNMT1, DNMT2, DNMT3A, ve DNMT3B, tespit edilmiştir. DNMT1 memeli gelişimi boyunca somatik hücrelerde ve çoğalan hücrelerde eksprese olur. DNMT-1, bu ailenin en iyi bilinen üyesidir ve metilasyonun devamlılığından sorumludur. Yeni sentezlenen DNA’daki sitozin rezidüeleri DNMT1 tarafından metillenir DNMT-1, bir metil grubunu bir metil donöründen, Sadenozilmetiyonin, metilasyon kalıbını hücre bölünmesi boyunca korumak için yarı metile DNA kalıbını kullanarak oluşmaya başlayan DNA’ya transfer eder. DNMT3, iki izoform (Dnmt3a and 3b) a sahiptir ve in vitro olarak yarımetile ya da unmetile DNA’nın CpG dinükleotidlerinin metilasyonundan sorumludur. DNMT3B kanserde değişen metilasyon kalıbı ile direk olarak ilişkilidirler, DNMT3b malignant tümörlerdeki aşırı DNA metilasyonun oluşturulmasından sorumludur çünkü DNA tamirinde, apoptozda, hücre siklusunda ve tümör baskılanmasında görev alan genlerin promotorlarının hipermetilasyonuna katkıda bulunur. Baskılayıcı özelliklere sahip olan çoklu metil-CpG bağlayıcı proteinlerin varlığı, bunların metilasyon sinyalinin önemli aracıları olabileceğini iddia eder. Bu, en dikkat çekici şekilde, insan MECP2 genindeki mutasyonların Rett sendromu (RTT) adı verilen şiddetli bir nörolojik hastalıktan sorumlu olduğu bulgusu ile gösterilmektedir. RTT, X'e bağlı MECP2 genindeki yeni mutasyonlar için heterozigot olan kadınları etkiler. Rastgele X kromozomu inaktivasyonu nedeniyle, hastalar mutant veya genin ekspresyonu için mozaiktir. Etkilenen kızlar, normalde 6-18 ay boyunca normal bir şekilde gelişir; bu sırada, kendilerini büyük ölçüde bozulmuş motor becerileri, tekrarlayan el hareketleri, anormal solunum, mikrosefali ve diğer semptomlarla bırakan bir krize girerler (Tablo 2). Benzer mutasyonlar için hemizigoz olan erkekler hayatta kalamazlar. İlginç bir şekilde, MECP2 geninin çoğaltılması aynı zamanda derin bir otizm benzeri sendroma yol açmakta ve bu proteinin çok fazla da zararlı olduğunu göstermektedir.
