Metilação do DNA

     Introdução: A metilação consiste na adição de grupamentos metila a base citosina (C)  DNA, dependendo de suas posições na molécula, tanto o DNA procariótico quanto o  eucariótico podem ser metilados; a metilação é catalizada por enzimas, sendo  fundamental na regulação do “silenciar dos genes”, regulação das funções das  proteínas,  metabolismos de RNA além de estar presente no metabolismo da bactéria.

     A modificação química dos nucleotídeos é importante para a regulação de genes em  eucariontes principalmente em mamíferos. Uma determinada quantidade dos pares de  bases G-C são modificados pela adição de um grupo metila a citosina.

     A metilação da citosina sempre ocorre em duplas de pareamento de bases como segue  abaixo:

5' mC p G3'

3'G p Cm 5'

mC representa a metilcitosina e

p indica a ligação fosfodiéster entre as bases de um filamento de DNA.

     Essa estrutura pode ser abreviada simplesmente dando a composição de um filamento  mCpG

     Os dinucleotídeos CpG juntamente com as enzimas de restrição que são sensíveis a  modificação química em seus sítios de reconhecimento digerem o DNA; as enzimas de  restrição são divididas em várias classes, dependendo da estrutura, da atividade e dos  sítios de reconhecimento e clivagem.

     A enzima Hpall reconhece e cliva (corta) a sequência CCGG, porém quando a segunda  citosina nesta sequência é metilada, Hpall não pode mais clivar a sequência.

     Os dinucleotídeos CpG contém junto de si vários elementos curtos de DNA  tendo uma  densidade muito mais alta de C e G que qualquer outra região do genoma, estes  segmentos são chamados de ilhas de CpG.

     Metilação no genoma humano:

     No genoma Humano, existem cerca de 45.000 destas ilhas, a maioria próximas ao sítio  de início da transcrição, porque as citosinas que estão próximas a essas ilhas nunca são  metiladas e este estado não metilado conduz a transcrição.

     Onde o DNA metilado é encontrado a transcrição é restrita, como exemplo o  cromossomo X inativo de algumas fêmeas de mamíferos que é extensamente metilado. Os mecanismos que fazem com que o DNA metilado seja transcricionalmente silencioso  não são bem compreendidos.

     Pórem sabe-se que duas proteínas que reprimem a transcrição se ligam ao DNA  metilado,  uma delas se chama MeCP2  e causa mudança na cromatina , entretanto é  possível que  os  dinucleotídeos metilados CpG liguem mais proteínas específicas  desconhecidas e que  essas proteínas formem um complexo que evita a transcrição de  genes vizinhos.

     Exemplo de metilação em DNA dos mamíferos:

     Quando ocorrem casos em que um gene é controlado por sua origem parental, por  exemplo um gene conhecido como H19 é expresso quando é herdado da mãe, mas não é  expresso quando é herdado do pai, ou seja a expressão do gene esta condicionada a  origem parental, os geneticistas dizem que esse gene foi imprintado, quer dizer que o  gene foi marcado de algum modo, para que “lembre” de qual genitor veio.

     A marca que condiciona a expressão de um gene é a metilação de um ou mais  dinucléotideos CpG na vizinhança do gene, esses dinucleotídeos metilados são  inicialmente formados na linhagem germinativa parental.

                    Fonte: https://genetica.ufcspa.edu.br/seminarios%20monitores/epigenetica_texto_2007.pdf

Figura 27: as bases em vermelho são as citosinas, essa ramificação indica a adição de grupamento metila a base, portanto a metilação da base.

Exemplo de metilação em bactérias:

     Na metilação de bactérias o grupo metil (CH3) são adicionados a determinados locais do  DNA para impedir que ele seja destruído por enzimas de restrição. A metilação do DNA acontece, quando as bactérias são invadidas por vírus bacteriófago,  elas se defendem do vírus através do seu sistema imunológico cortando o DNA do vírus  em pedacinhos; para realizar esse procedimento as bactérias desenvolveram uma série  de enzimas de restrição (restringem o ataque do vírus a bactéria) que reconhecem  seqüências especificas de DNA do vírus, e cortam o DNA no meio dessas seqüências. 

     As enzimas de restrição distinguem entre o DNA bacteriano e o DNA do vírus através do  metil que esta ligado a certas seqüências do DNA da bactéria, não cortando portanto o  DNA bactériano.

     Porém o vírus não tem essa enzima de restrição e quando ele injeta o seu DNA na  bactéria, esse não contém nehuma proteção ou seja nenhum metil para impedir que a  enzima de restrição o corte em pedacinhos.

     Eco R1 em E.coli e BamH1: nome de duas enzimas de restrição somente de bactérias.

     Metilases: Enzimas que realizam a metilação do DNA .

     Alguns exemplos de metilação nos seres Vivos:

     Bactérias: O DNA bacteriano possui certas sequências metiladas que se distingue  do  DNA exógeno do vírus não-metilado que é introduzido, as bactérias usam proteínas  chamadas de enzima de restrição para cortar qualquer DNA viral não metilado.

     Eucarióticos: No DNA eucariótico, as bases citosina são metiladas para formar o  5-metilcitosina, os organismos eucarióticos se diferem muito em seu grau de metilação:

     Células animais: 5% citosinas metiladas.

     Plantas: mais de 50% citosinas metiladas.

     Células de leveduras: nenhuma metilação de citosina detectada.

     Ainda não está claro por que os organismos eucarióticos se diferem tanto em seu grau  de  metilação.

     Consequências da metilação:

     A metilação afeta a estrutura da molécula de DNA, e conseqüentemente o  desenvolvimento da célula. As seqüências que são metiladas não são transcritas,  enquanto as seqüências sem metilação estão sendo transcritas ativamente.