5-hydroxymethylcytosin

5-hydroxymethylcytosin
Strukturní vzorec
Model molekuly
Obecné
Systematický název	4-amino-5-(hydroxymethyl)pyrimidin-2(1H)-on
Sumární vzorec	C5H7N3O2
Vzhled	bílé krystaly[1]
Identifikace
Registrační číslo CAS	1123-95-1
PubChem	70751
ChEBI	76792
SMILES	C1=NC(=O)NC(=C1CO)N
InChI	InChI=1S/C5H7N3O2/c6-4-3(2-9)1-7-5(10)8-4/h1,9H,2H2,(H3,6,7,8,10
Vlastnosti
Molární hmotnost	141,13 g/mol
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP (25 °C, 100 kPa). Některá data mohou pocházet z datové položky.

5-Hydroxymethylcytosin (5hmC) je pyrimidinová báze v DNA odvozená od cytosinu. Má význam v epigenetice, protože hydroxymethylová skupina na cytosinu může gen vypínat nebo zapínat. Poprvé byla tato sloučenina pozorována v roce 1952 u bakteriofágů.^[2][3] V roce 2009 byl 5-hydroxymethylcytosin nalezen také v lidských a myších mozcích^[4] a embryonálních kmenových buňkách.^[5]

U savců se vytváří oxidací 5-methylcytosinu, kterou řídí TET enzymy.^[6]

5-Hydroxymethylcytosin je pravděpodobně obsažen ve všech savčích buňkách, ale množství se výrazně liší podle druhu buňky. Nejvyšší koncentrace se objevují v neuronech centrální nervové soustavy.^[7][8][9]

Množství hydroxymethylcytosinu v buňkách roste s věkem.^[7][10]

Přesná funkce této báze není známa, ale předpokládá se, že reguluje expresi genů nebo demethylaci DNA; tuto hypotézu potvrzuje skutečnost, že umělou DNA obsahující 5-hydroxymethylcytosinové (5hmC) zbytky lze po zavedení do savčích buněk přeměnit na DNA s holými cytosiny.^[11]

Výskyt 5hmC je výrazně vyšší v zárodečných buňkách, kde se zřejmě podílí na celkové demethylaci DNA.^[12]

V DNA embryonálních kmenových buněk byl nalezen 5-formylcytosin, produkt oxidace 5-hydroxymethylcytosinu a možný meziprodukt oxidační demethylace 5-methylcytosinu,^[13] i když v myších tkáních nebyla zaznamenána významná množství meziproduktů této demethylace.^[9] Předpokládá se, že je 5-hydroxymethylcytosin obzvláště významný pro centrální nervovou soustavu, protože se zde nachází v největších množstvích.^[9] 5-Hydroxymethylcytosin se vyskytuje také u nestálých nukleozomů, které během diferenciace buněk často mění místa.^[14]

Hromadění 5-hydroxymethylcytosinu v postmitotických neuronech bývá spojováno s „funkční demethylací“, která zprostředkovává transkripci a expresi genů.^[15]

Bakteriofágy vyvinuly 5hmC pravděpodobně za účelem zamezení rozpoznání restrikčními enzymy bakterií. T4 fág používá 5hmC pouze v průběhu replikace, kdy navíc hydroxylovou skupinu glykosyluje.^[16]

Některé bakterie si oproti tomu vyvinuly restrikční enzymy zaměřené na místa obsahující 5hmC; příkladem je PvuRts1I, objevený v roce 1994.^[17]

5hmC u T4 is je vytvářen genomovým proteinem 42, deoxycytidylát-5-hydroxymethyltransferázou; (EC 2.1.2.8). Glykosylační reakce sprostředkovávají DNA alfa-glukosyltransferáza (EC 2.4.1.26), DNA beta-glukosyltransferáza (EC 2.4.1.27), a glukosyl-DNA beta-glukosyltransferáza (EC 2.4.1.28).

5-Hydroxymethylcytosin objevil Skirmantas Kriaucionis, při zkoumání úrovní 5-methylcytosinu u dvou různých druhů neuronů. Všiml si významného množství neznámé látky, kterou poté identifikoval jako 5-hydroxymethylcytosin.^[18]

Laboratoř L. Aravinda využila nástroje bioinformatiky a určila, že tato látka pravděpodobně vzniká působením TET enzymů, které mají oxidovat 5-methylcytosin na 5-hydroxymethylcytosin.^[19] Výsledky byly předvedeny in vitro a v živých myších a lidských buňkách týmy, který vedli Anjana Rao a David R. Liu.

5-Hydroxymethylcytosin u savců jako první pozoroval R. Yura v roce 1972,^[20] ale tento objev je sporný. Yura nalezl velmi vysoké koncentrace 5-hmC v krysích mozcích a játrech, kde zcela nahradil 5-methylcytosin. Tento výsledek byl v rozporu s veškerými předchozími výzkumy složení savčí DNA, a další skupiny jej nedokázaly zopakovat.^[21]

Po objevu 5-hydroxymethylcytosinu se objevily pochybnosti o studiích methylace DNA využívajících hydrogensiřičitanové sekvencování.^[22]

5-Hydroxymethylcytosin se při hydrogensiřičitanovém sekvenování chová podobně jako jeho prekurzor, 5-methylcytosin.^[23] Data tímto postupem získaná tak bude třeba přehodnotit a ověřit, jestli je přeměněnou bází 5-methylcytosin, nebo 5-hydroxymethylcytosin. V roce 2012 laboratoř, kterou vedl Chuan He objevila postup, jak vyřešit detekci 5-hydroxymethylcytosinu jako 5-methylcytosinu při běžném hydrogensiřičitanovém sekvenování s využitím oxidačních vlastností TET enzymů, přičemž byl postup nazván TAB-seq.^[24][25]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku 5-Hydroxymethylcytosine na anglické Wikipedii.

• 5-methylcytosin
• Methylace
• Methylace DNA
• Demethylace

• Obrázky, zvuky či videa k tématu 5-hydroxymethylcytosin na Wikimedia Commons