5-metilcitosina

composto chimico
5-metilcitosina
formula di struttura
Nome IUPAC
4-ammino-5-metil-3H-pirimidin-2-one
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareC5H7N3O
Massa molecolare (u)125.129
Numero CAS554-01-8
Numero EINECS209-058-3
PubChem65040
SMILES
CC1=C(NC(=O)N=C1)N
Indicazioni di sicurezza
Frasi H---
Consigli P--- [1]

La 5-metilcitosina (5mC) è una forma metilata della base azotata citosina nella quale un gruppo metile è attaccato al carbonio 5. Tale conformazione, che modifica sensibilmente la struttura della citosina, non ne modifica in ogni caso le proprietà di appaiamento con la guanina. La citosina viene trasformata in 5-metilcitosina grazie all'azione dell'enzima DNMT (DNA metiltransferasi) coadiuvata dal coenzima SAM (S-adenosil metionina) che dona il gruppo metile.

ScopertaModifica

Mentre cercava di isolare la tossina batterica responsabile della tubercolosi, W. G. Ruppel isolò un nuovo acido nucleico chiamato acido tubercolinico nel 1898 da Mycobacterium tuberculosis.[2] L'acido nucleico risultava insolito, in quanto conteneva, oltre alla timina, alla guanina e alla citosina, un nucleotide metilato. Nel 1925, Johnson e Coghill rilevarono con successo una piccola quantità di un derivato della citosina metilata come prodotto dell'idrolisi dell'acido tubercolinico con acido solforico. [3][4] Questa ricerca è stata severamente criticata perché la loro identificazione si basava esclusivamente sulle proprietà ottiche del picrate cristallino e altri scienziati non sono riusciti a riprodurre lo stesso risultato. [5] La sua esistenza fu però dimostrata nel 1948, quando Hotchkiss separò gli acidi nucleici del DNA dal timo di vitello usando la cromatografia su carta, mediante la quale rilevò una citosina metilata unica, abbastanza distinta dalla citosina convenzionale e dall'uracile. Dopo sette decenni, si è scoperto che è anche una caratteristica comune in diverse molecole di RNA, sebbene il ruolo preciso sia incerto.[6][7]

In vivoModifica

 Lo stesso argomento in dettaglio: Metilazione del DNA.
 
Struttura chimica della citosina

La 5-metilcitosina è una modificazione epigenetica indotta dall'azione delle DNA metiltransferasi. La sua funzione può variare significativamente tra le specie:[8]

  • nei batteri, la 5-metilcitosina si può trovare in numerosi siti ed è spesso usata per proteggere il DNA dai tagli di enzimi di restrizione endogeni (sensibili alla metilazione delle sequenze);
  • nelle piante, la 5-metilcitosina si trova nelle regioni CpG, CpNpG e CpNpN (con N = A, C o T);
  • nei funghi e negli animali, la 5-metilcitosina si presenta tipicamente presso le isole CpG che, sebbene siano ipometilate nella maggior parte degli altri eucarioti, presentano una elevata metilazione (circa del 70-80%) nei vertebrati.

Se una spontanea deaminazione può trasformare una citosina in un uracile, riconosciuto e rimosso dagli enzimi per la riparazione del DNA, la deaminazione della 5-metilcitosina conduce alla formazione di timina, con conseguente mutazione non riconosciuta dagli enzimi.

In vitroModifica

La 5-metilcitosina può essere deaminata in vitro attraverso reagenti come acido nitrico per ottenere timina. Per tale fine non è invece possibile utilizzare un trattamento con bisolfito, che deamina invece i residui citosinici. Tale differenza nelle capacità deaminanti può essere utilizzata per valutare i pattern di metilazione del DNA attraverso il cosiddetto sequenziamento con bisolfiti.[9]

NoteModifica

  1. ^ Sigma Aldrich; rev. del 09.07.2012
  2. ^ Matthews AP, Physiological Chemistry, Williams & Wilkins Company/, 2012, pp. 167, ISBN 978-1-130-14537-3.
  3. ^ Johnson TB, Coghill RD, The discovery of 5-methyl-cytosine in tuberculinic acid, the nucleic acid of the Tubercle bacillus, in J Am Chem Soc, vol. 47, nº 11, 1925, pp. 2838–2844, DOI:10.1021/ja01688a030.
  4. ^ Grosjean H (2009). Nucleic Acids Are Not Boring Long Polymers of Only Four Types of Nucleotides: A Guided Tour. Landes Bioscience.
  5. ^ Vischer E, Zamenhof S, Chargaff E, Microbial nucleic acids: the desoxypentose nucleic acids of avian tubercle bacilli and yeast, in J Biol Chem, vol. 177, nº 1, 1949, pp. 429–438, PMID 18107446.
  6. ^ Hotchkiss RD, The quantitative separation of purines, pyrimidines and nucleosides by paper chromatography, in J Biol Chem, vol. 175, nº 1, 1948, pp. 315–332, PMID 18873306.
  7. ^ Squires JE, Patel HR, Nousch M, Sibbritt T, Humphreys DT, Parker BJ, Suter CM, Preiss T, Widespread occurrence of 5-methylcytosine in human coding and non-coding RNA, in Nucleic Acids Res, vol. 40, nº 11, 2012, pp. 5023–5033, DOI:10.1093/nar/gks144, PMC 3367185, PMID 22344696.
  8. ^ Colot V, Rossignol JL, Eukaryotic DNA methylation as an evolutionary device, in Bioessays, vol. 21, nº 5, 1999, pp. 402-11, PMID 10376011.
  9. ^ Clark SJ, Harrison J, Paul CL, Frommer M, High sensitivity mapping of methylated cytosines, in Nucleic Acids Res., vol. 22, nº 15, 1994, pp. 2990-7, PMID 8065911.

BibliografiaModifica

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