Читаем The Epigenetics Revolution полностью

The base shown is C – cytosine. It’s the only one of the four DNA bases that gets methylated, to form 5-methylcytosine. The ‘5’ refers to the position on the ring where the methyl is added, not to the number of methyl groups; there’s always only one of these. This methylation reaction is carried out in our cells, and those of most other organisms, by one of three enzymes called DNMT1, DNMT3A or DNMT3B. DNMT stands for DNA methyltransferase. The DNMTs are examples of epigenetic ‘writers’ – enzymes that create the epigenetic code. Most of the time these enzymes will only add a methyl group to a C that is followed by a G. C followed by G is known as CpG.

This CpG methylation is an epigenetic modification, which is also known as an epigenetic mark. The chemical group is ‘stuck onto’ DNA but doesn’t actually alter the underlying genetic sequence. The C has been decorated rather than changed. Given that the modification is so small, it’s perhaps surprising that it will come up over and over again in this book, and in any discussion of epigenetics. This is because methylation of DNA has profound effects on how genes are expressed, and ultimately on cellular, tissue and whole-body functions.

In the early 1980s it was shown that if you injected DNA into mammalian cells, the amount of methylation on the injected DNA affected how well it was transcribed into RNA. The more methylated the injected DNA was, the less transcription that occurred[19]. In other words, high levels of DNA methylation were associated with genes that were switched off. However, it wasn’t clear how significant this was for the genes normally found in the nuclei of cells, rather than ones that were injected into cells.

The key work in establishing the importance of methylation in mammalian cells came out of the laboratory of Adrian Bird, who has spent most of his scientific career in Edinburgh, Conrad Waddington’s old stomping ground. Professor Bird is a Fellow of the Royal Society and a former Governor of the Wellcome Trust, the enormously influential independent funding agency in UK science. He is one of those traditional British scientific types – understated, soft-spoken, non-flashy and drily funny. His lack of self-promotion is in contrast to his stellar international reputation, where he is widely acknowledged as the godfather of DNA methylation and its role in controlling gene expression.

In 1985 Adrian Bird published a key paper in Cell showing that most CpG motifs were not randomly distributed throughout the genome. Instead the majority of CpG pairs were concentrated just upstream of certain genes, in the promoter region[20]. Promoters are the stretches of the genome where the DNA transcription complexes bind and start copying DNA to form RNA. Regions where there is a high concentration of CpG motifs are called CpG islands.

In about 60 per cent of the genes that code for proteins, the promoters lie within CpG islands. When these genes are active, the levels of methylation in the CpG island are low. The CpG islands tend to be highly methylated only when the genes are switched off. Different cell types express different genes, so unsurprisingly the patterns of CpG island methylation are also different across different cell types.

For quite some time there was considerable debate about what this association meant. It was the old cause or effect debate. One interpretation was that DNA methylation was essentially a historical modification – genes were repressed by some unknown mechanism and then the DNA became methylated. In this model, DNA methylation was just a downstream consequence of gene repression. The other interpretation was that the CpG island became methylated, and it was this methylation that switched the gene off. In this model the epigenetic modification actually causes the change in gene expression. Although there is still the occasional argument about this between competing labs, the vast majority of scientists in this field now believe that the data generated in the quarter of a century since Adrian Bird’s paper are consistent with the second, causal model. Under most circumstances, methylation of the CpG island at the start of a gene turns that gene off.

Adrian Bird went on to investigate how DNA methylation switches genes off. He showed that when DNA is methylated, it binds a protein called MeCP2 (Methyl CpG binding protein 2)[21]. However, this protein won’t bind to unmethylated CpG motifs, which is pretty amazing when we look back at Figure 4.1 and think how similar the methylated and unmethylated forms of cytosine really are. The enzymes that add the methyl group to DNA have been described as writers of the epigenetic code. MeCP2 doesn’t add any modifications to DNA. Its role is to enable the cell to interpret the modifications on a DNA region. MeCP2 is an example of a ‘reader’ of the epigenetic code.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука