DNA-Methylierung
Methylierung ist die Anfügung einer Methylgruppe (-CH3). Eine Methylierungsreaktion wird durch ein Enzym namens DNA-Methyltransferase katalysiert. Methylierung kann sowohl in Histonen als auch in der DNA vorkommen. Sie kommt in eukaryotischen Organismen vor. Bei Säugetieren findet die DNA-Methylierung hauptsächlich an den 5'-Kohlenstoffbasen Cytosin (C) statt, die an Guaninbasen (G) angrenzen, was zu 5'-Methylcytosin (5mC) führt. Diese C- und G-reichen Regionen werden als CpG-Inseln bezeichnet und sind in Promotorregionen reichlich vorhanden.
DNA-Methylierung kann die Expression von Genen unterdrücken, indem sie den Promotor von seinem DNA-Transkriptionsapparat abschneidet. Die DNA-Methylierung ist reversibel; ein Enzym namens Demethylase katalysiert die Entfernung der Methylgruppen von Cytosin.
Die Beobachtung und Bestimmung der DNA-Methylierung in einer DNA-Sequenz erfolgt mit der Bisulfit-Sequenzierungsmethode. Das Natriumbisulfit (HSO3-) reagiert mit Cytosin (C) und wandelt es in Uracil (U) um, während das 5-Methylcytosin (5mC) unbeeinflusst bleibt.
Abbildung 1: Natriumbisulfat-Umwandlung zur Unterscheidung von methyliertem und unmethyliertem Cytosin.
Der Methylierungsstatus kann durch Sequenzierung bestimmt werden. Die beobachteten Uracilbasen entsprechen den unmethylierten Cytosinen in der ursprünglichen Probe, da die DNA normalerweise kein Uracil enthält. Cytosinbasen, die nach der Bisulfitbehandlung verbleiben, sind durch Methylgruppen geschützt.
Abbildung 2: Der Vergleich zwischen der Referenzsequenz (links) und der mit Bisulfit behandelten DNA (rechts) kann Aufschluss über das Cytosin-Methylierungsmuster geben.
Die DNA-Methylierung ist Teil der Genregulation.