Mechanizmy epigenetických procesů

Mezi epigenetické procesy lze mj. zahrnout methylaci DNA, modifikace nukleozomálních histonů a RNA interferenci. Vývoj živočichů i rostlin též ovlivňují paměťové proteiny, např. proteiny skupin Polycomb, Thritorax a Heat-shock proteiny. Jak to všechno vlastně funguje?

Methylace DNA

Nejčastější je methylace cytosinu v pozici pět. Enzym DNA methyltransferáza (také S-adenosylmethyltransferáza) přenáší methylovou skupinu z S-adenosylmethioninu právě na cytosin na uhlík s číslem pět, takže vzniká 5-methylcytosin. Proč k tomu vůbec dochází? Methylace většinou slouží jak značka pro umlčení genů. I z tohoto důvodu se DNA methyltranferáze někdy říká writer ("napíše, označkuje"). Methylová značka je poté rozpoznána vázajícími proteiny ("reader", např. proteiny skupiny MBD), které následně způsobí kondenzaci a inaktivaci části DNA, takže dané geny nemohou být exprimovány.

DNA methylace se vyskytuje v dinukleotidech CG u savců, u rostlin jsou to trinukleotidy CCG, přičemž methylované cytosiny tvoří méně než 1 % všech nukleotidů. Vzácně mohou methylovány i promotory, což jsou "začátky genů".

Vlivem methylací mohou vznikat také mutace. Zatímco deaminace cytosinu vede ke tvorbě uracilu, který je snadno rozpoznám reparačním aparátem, protože uracil prostě a jednoduše do DNA nepatří, deaminace methylcytosinu vede k thyminu, který je normálně součástí DNA a reparační mechanismus jej tedy nerozpozná, takže může docházet k mis-matchům (špatné párování bazí) a tím pádem k mutacím.

Methylace existují dvojího typu: de novo methylace a udržovací methylace. De novo methylace jsou methylace, které vznikly na místě, které původně methylováno nebylo. Toto zajišťují DNA-methylázy 3 (Dnmt-3). Naproti udržovací methylace slouží k methylaci dceřiného řetězce po replikaci. Jedno vlákno dceřiného řetězce obsahuje methylované cytosiny (toto vlákno bylo původně mateřské) a podle tohoto vlákna jsou doplněny methylace i u nově syntetizovaného dceřiného vlákna.

Modifikace histonů

Modifikace histonů jsou celkem čtyři typy: acetylace, fosforylace, methylace a ubikvitynilace. Nejčastěji modifikovanými aminokyselinami jsou arginin (R), lysin (K) a serin (S).

Methylace byla popsána výše, u histonů funguje na podobném principu jako u DNA.

Acetylace nejčastěji probíhá na ε dusíku lysinu nebo na jednom dusíku z δ-skupiny argininu. Na lysin (arginin) naváže enzym histon acetyltransferáza (acetyláza) acetylovou skupinu z acetylCoA, přičemž vzniká acetyl-lysin a CoA.