甲基化
甲基化（英语：Methylation）是指向底物分子引入甲基的过程，一般是指以甲基取代氫原子。
在生物系統內，甲基化是由酶來催化。甲基化可以涉及在重金屬的修飾、基因表現的調整、蛋白質功能調整、及核糖核酸（RNA）的代謝。重金屬的甲基化可以在生物系統以外發生。組織的化學甲基化是一種方法減少一些組織染色製品。
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甲基化 预测 [编辑]
DNA甲基化大规模预测可以通过各种计算方法，尤其是机器学习算法的辅助，这将大大加快进行试验认证。常用的甲基化预测算法有 Bhasin, et al.[1], Bock, et al.,[2] and Zheng, et al.[3]。 这些最新机器学习算法大大加快了全基因组甲基化profiling的速度。
生物的甲基化 [编辑]
表觀遺傳學 [编辑]
脊椎動物的DNA甲基化一般是在CpG位點發生。這個甲基化會形成胞嘧啶轉為5-甲基胞嘧啶，並是由DNA甲基轉移酶所催化。CpG位點在脊椎動物基因組是不常見的，但往往是密集於接近基因啟動子的位置，統稱為CpG島。CpG位點的甲基化可以對基因表現有重要的影響。
蛋白質甲基化一般都是指精氨酸或賴氨酸在蛋白質序列中的甲基化。精氨酸可以是被甲基化一次（稱為一甲基精氨酸），或是兩次，可以是由勝肽精氨酸甲基轉移酶催化成兩個甲基同時在同一個氮端（即非對稱性二甲基精氨酸）或是在每個氮端各有一個甲基（即對稱性二甲基精氨酸）。賴氨酸可以由賴氨酸甲基轉移酶催化一次、兩次或三次的甲基化。蛋白質甲基化在組織蛋白中被廣泛研究。甲基由S-腺苷基蛋氨酸轉移至組織蛋白是由組織蛋白甲基轉移酶所催化。甲基化的組織蛋白可以在表觀遺傳上壓抑或活躍化基因表現。蛋白質甲基化是其中一種後翻譯修飾。人类基因组中有1-2%的CpG簇，甲基化和转录活性之间存在反关系。
胚胎發展 [编辑]
胚胎早期的發展，由受精到8細胞時期，真核基因組是去甲基化的。由8細胞時期到桑椹胚，基因組會開始被甲基化，表觀遺傳資訊會被修飾及增加至基因組。直至囊胚時期，甲基化會完成。這個過程稱為表觀遺傳修飾。在沒有DNA甲基化轉移酶的基因剔除突變中，甲基化尤為重要。所有生成的胚胎會在囊胚時期死亡。
甲基化與出生後發育 [编辑]
現時不斷有證據顯示甲基化在基因表現的環境因素有著相互作用。在首6日對懷孕雌性老鼠照顧的差異，會引致在某些基因啟動子區塊差異的甲基化，進而影響基因表現。[4] 再者，縱然更有動力的過程，如白細胞介素的傳訊亦是透過甲基化來調節。[5]
甲基化與癌症 [编辑]
甲基化的模式現時是研究的重要課題。在正常組織內，基因的甲基化主要是分佈在缺少CpG位點的編碼區。相反，雖然基因啟動子區塊內有高密度的CpG島，但都是沒有被甲基化的。
腫瘤的特徵是不平衡的甲基化。在腫瘤中，伴隨基因組的低甲基化是區域性的高甲基化，及DNA甲基化轉移酶的基因表現上升。[6] 由於有證據顯示基因組的低甲基化可以導致染色體的不穩定及增加突變機會，在細胞中的整體甲基化狀態可能是引發癌症的促進因素。[7] 某些基因的甲基化狀態會是腫瘤生成的生物標誌。舉例來說，谷胱甘肽S转移酶Pi基因的甲基化是前列腺癌的可靠診斷指標。[8]
在癌症中，遺傳學及表觀遺傳學的基因沉默是非常不同的。身體的基因突變阻礙突變等位基因生成機能的蛋白質。若一個選擇性的好處給予了細胞，細胞會膨漲至一個腫瘤，當中所有細胞都缺乏生成蛋白質的能力。相反，表觀遺傳造成的基因沉默會逐漸地出現。它開始時是轉錄的突然減少，並減少CpG島的保護，令異染色體的傳播及對CpG島的甲基化。這逐漸增加了獨立的CpG位點，並在不同細胞同一基因的複製造成差異。[9]
甲基化與細菌寄主防衛 [编辑]
另外，腺苷或胞嘧啶的甲基化是多種細菌的限制修飾系統的一部份。細菌DNA在整個基因組中是定期被甲基化的，並由一種甲基酶負責辨認一個特定的序列及甲基化這組序列內或附近的鹼基對。外來的未有進行這種形式甲基化的DNA會由限制酶來分解。這是細菌最基本的免疫系統，以保護細菌本身受噬菌體的感染。
化學的甲基化 [编辑]
有機化學的甲基化是指一個烷基化的過程转移甲基（CH3）基團。這個過程一般都會使用親電子的甲基源，如碘代甲烷、硫酸二甲酯、碳酸二甲酯，或是較少有但更強力的甲基化試劑，如三氟甲磺酸甲酯或氟磺酸甲酯。這些試劑都會經SN2親核取代反應進行甲基化。例如一個醇鹽（RO−）被甲基化產生甲氧基醚（ROCH3），或酮的烯醇结构发生C-甲基化產生一個新的酮。或者，甲基化可以涉及使用親核的甲基化合物，如甲基鋰（CH3Li）或格林尼亞試劑（CH3MgX）。例如，CH3Li可以与丙酮中的羰基（C=O）加成，使之甲基化，並產生叔丁醇的鋰盐：
參考 [编辑]
- ^ Bhasin M, Zhang H, Reinherz EL, Reche PA. [www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16051225 Prediction of methylated CpGs in DNA sequences using a support vector machine] 请检查
|url=格式 (帮助). PLoS Genet. 2005,. 91(3): 4302–8. - ^ Bock C, Paulsen M, Tierling S, Mikeska T, Lengauer T, Walter J. [www.biomedcentral.com/1755-8794/6/S1/S13 CpG island methylation in human lymphocytes is highly correlated with DNA sequence, repeats, and predicted DNA structure] 请检查
|url=格式 (帮助). 2006. - ^ Zheng H, Jiang SW, Li J, Wu H. [www.biomedcentral.com/1755-8794/6/S1/S13 CpGIMethPred: computational model for predicting methylation status of CpG islands in human genome] 请检查
|url=格式 (帮助). BMC Medical Genomics. 2013, 6: S13. - ^ Weaver IC, et al. Epigenetic programming by maternal behavior.. Nature Neuroscience. Aug 2004; epub Jun 27 2004, 7(8): 791–92.
- ^ Bird A. Il2 transcription unleashed by active DNA demethylation.. Nature Immunology. Mar 2003, 4(3): 208–9.
- ^ Baylin, S.B.; Herman, J.G.; Graff, J.R.; Vertino, P.M.; and Issa, J.P. Alterations in DNA methylation: a fundamental aspect of neoplasia. Advances in Cancer Research. 1998, 72: 141–196. PMID 9338076.
- ^ Chen, R.Z.; Pettersson, U.; Beard, C.; Jackson-Grusby, L.; and Jaenisch, R. DNA hypomethylation leads to elevated mutation rates. Nature. 1998,. 395(6697): 89–93. PMID 9738504.
- ^ Nakayama, M.; Gonzalgo. M.L.; Yegnasubramanian, S.; Lin, X.; De Marzo, A.M.; and Nelson, W.G. GSTP1 CpG island hypermethylation as a molecular biomarker for prostate cancer. Journal of Cellular Biochemistry. 2004,. 91(3): 540–552.
- ^ Jones PA, and Baylin SB. The fundamental role of epigenetic events in cancer. Nat. Rev. Genet. 2002, 3: 415–428.
外部連結 [编辑]
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