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Differenti basi azotate possono subire questo tipo di modificazione per diverse funzioni.
L'[[adenina]] può essere metilata a livello delle sequenze G<sup>me</sup>ATC del genoma di alcuni batteri come ''[[Escherichia coli]]'' dall'enzima [[DNA-metiltransferasi sito-specifica (specifica per adenina)|dam]] (DNA adenina metilasi). La funzione di questa metilazione è quella di proteggere il genoma della cellula dall'attacco delle [[endonucleasi]] di restrizione da lei stessa prodotte, come mezzo di resistenza all'attacco di [[fago|fagi]].
Un altro esempio di metilazione del DNA è la metilazione della [[citosina]], che costituisce la quasi totalità della metilazione di DNA eucariotico. Nei mammiferi, la 5-metil-citosina (5meC o 5mC) si trova quasi esclusivamente nel [[Sito CpG|dinucleotide CpG]] (citosina seguita da una guanina). Il dinucleotide CpG è poco rappresentato nel DNA degli eucarioti poiché soggetto a mutazione secondaria a metilazione. QuestoIl tipogenoma didei metilazionemammiferi è quasi assentedel intutto particolarimetilato, a eccezione di alcune zone ricche del [[genoma]]dinucleotide eucarioticoCpG chiamateche ancheper questo vengono chiamate [[Isola CpG|isole CpG]]<ref name=prodotti>[http://www.ricerca.it/RICERCA/Sezioni/SezMetilazione/index.asp Metilazione DNA epigenetica PraderWilli<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref>, contenentisolitamente partiabbondanti in regioni regolative e [[Promotore (biologia)|promotori]] dei geni eucariotici; la metilazione di queste sequenze aumenta in particolari patologie come la [[sindrome di Prader-Willi]]<ref>[http://www.praderwilli.it/ Federazione Nazionale Sindrome di Prader Willi - Pagina Principale<!-- Titolo generato automaticamente -->]</ref>. La metilazione fisiologica del DNA in queste regioni che sono poste generalmente a monte di [[Promotore (biologia)|promotori]] dipende da proteine chiamate DnmtDNA-metil-transferasi o DNMTs (es. 1, 3a 3b) ed è un fenomeno che interviene nel controllo dell'espressione genica, nell'inattivazione del cromosoma X, nella struttura cromatinica e nell'imprinting genomico, nella determinazione dell'imprinting biologico.
La metilazione della [[citosina]] è anche un importante fattore di [[mutazione]]<ref name=prodotti/>. Infatti mentre la [[deaminazione]] della [[citosina]] produce [[uracile]] -una base azotata che non appartiene al DNA (bensì all'[[RNA]]) ed è immediatamente riconosciuta come estranea- la [[deaminazione]] della 5-metil citosina (<sup>5me</sup>C) la trasforma in [[timina]], generando un ''[[mismatch]]'', nel quale il sistema di riparazione dei mismatch (''[[mismatch repair]]'') non sempre preserva la corretta base azotata.
Si sospetta che sia implicata anche nel taglio degli introni, e nella modifica degli esoni.
== Nei mammiferi ==
La metilazione del DNA è essenziale per il normale sviluppo e questa è associata con alcuni processi chiave, tra cui l’imprinting genomico, l’inattivazione del cromosoma X, la soppressione di elementi ripetitivi e la carcinogenesi.
Tale metilazione è una modificazione biochimica; l’aggiuntae coinvolge l'aggiunta di un gruppo metile adal livello del carbonio-5 della citosina, quasi esclusivamente nel contesto del dinucleotide CpG. La connessione tra metilazione del DNA e trascrizione genica è stata intensamente studiata negli ultimi 40 anni; il modello che attualmente gode di consenso trasversale nella comunità scientifica vede la metilazione del DNA associata a repressione della trascrizione. In particolar modo, la metilazione di un promotore a monte di un gene accesocauserebbe la sua repressione, loche a sua volta puo' essere invertita o alleviata tramite demetilazione della stessa spegnesequenza. IIn altre parole, i diversi pattern di metilazione, dunque, regolano l’accensione e lo spegnimento genicodi alcuni geni. È chiaro che un errore nella metilazione del DNA determina un cambiamento nell’organizzazione spaziale della cromatina e ciò determina, a sua volta, delle ‘’stonature’’; situazioni di ipo- o iper-metilazione, possono portare rispettivamente all’accensione o spegnimento di geni che agiscono come oncosoppressori o nei meccanismi di riparo del DNA. Epimutazioni di questo tipo sono state identificate in molti tipi di tumori.
La metilazione del DNA ostacolaa l’espressionelivello genica;di iisole gruppiCpG metiliciè sonoassociata trasferiticon attraversorepressione le DNA-metil-transferasi (DNMT). La metilazione interessa il carbonio 5 della citosina, presente sul dinucleotide CpGgenica. Tali isole CpG, sono preferenzialmente localizzate al promotore dei molti geni, in particolar modo di geni house-keeping e in alcuni geni tessuto-specifici; la DNMT aggiunge un gruppo metile al C5 della citosina e si ottiene la 5-metil-citosina.
La 5-metil-citosina, è più instabile, più soggetta a mutazioni e tende a deaminare rispetto alla citosina non modificata. La deaminazione della citosina ècausa piùla raraformazione poichédi portauracile (una base azotata normalmente non presente nel DNA ma all’uracilenell'RNA), mentre la deaminazione della 5mC porta alla timina che non è più appaiata alla guanina dell’altro filamento. IQuest'ultima meccanismiè chepiù regolanofrequente ladella deaminazioneprima dellaanche citosinaa sonocausa piùdell'efficienza efficientidei meccanismi di quelliriparo chenel correggonoriconoscere lai deaminazionedue dellatipi 5mCdi mutazione. Una volta stabilito lo schema di metilazione, poichéquesto nelviene mantenuto ad opera di DNA-metil-transferasi l’uraciledi nonmantenimento, cile devequali essere.hanno Iluna mismatchparticolare provocatoaffinità dallaper deaminazionele dellasequenze 5mCemi-metilate, provocae unatendono mutazionedunque a metilare il nuovo filamento formatosi su uno stampo già metilato.
Una volta stabilito lo schema di metilazione, questo viene mantenuto ad opera di DNA-metil-transferasi di mantenimento, le quali hanno una particolare affinità per le sequenze emi-metilate, e tendono dunque a metilare il nuovo filamento formatosi su uno stampo già metilato.
Nelle cellule dei mammiferi, esistono inoltre, degli elementi cis-agenti che sono dispersi in tutto il genoma e fungono da elemento segnale o limite per la propagazione della metilazione.
== DNA metiltransferasi ==
Nelle cellule di mammifero, la metilazione del DNA si verifica soprattuttoprincipalmente nella posizione C5 della citosina nel contesto di dinucleotidi CpG ed è effettuata da dueuna classi generalifamiglia di enzimi: metilazionechiamata diDNMT (DNA-metil-transferasi). In particolar modo DNMT1 è responsabile del mantenimento edel pattern di metilazione desui filamenti sintetizzati ad ogni ciclo di novoreplicazione.
<nowiki> </nowiki>In assenza di DNMT1, l’apparato di replicazione produce filamenti di DNA che non vengono metilati causando una "diluizione" della metilazione e di conseguenza un processo di demetilazione "passiva" (che cioè non comporta la rimozione attiva del gruppo metile dalla citosina già metilata).
La metilazione di mantenimento è necessaria per preservare le metilazione del DNA dopo ogni ciclo di replicazione del DNA cellulare. Senza la DNMT, l’apparato di replicazione produrrebbe dei filamenti non metilati e nel tempo ci sarebbe una demetilazione passiva.
Si pensa che DNMT3a e DNMT3b siano le metiltransferasi checoinvolte determinano unanella metilazione de novo. In aggiunta ad esse, DNMT3L è una proteina che ènon omologaha allaattività DNMT3s altri,catalitica ma nonsi hapensa abbia attività catalitica. Invece, DNMT3L controllaregolatrice ledelle metiltransferasi de novo, aumentando la loro capacità di legarsi al DNA e stimolando la loro attività. Infine, DNMT2 (TRDMT1) è stato identificato come un omologo delle DNA metiltransferasi, e contiene tutti i 10 motivi di sequenza comuni a tutte le DNA metiltransferasi; tuttavia, DNMT2 (TRDMT1) non metila il DNA, ma metila citosina-38 nel loop dell’ anticodonedell’acido aspartico tRNA. ▼DNMT1 è la metiltransferasi proposta per il mantenimento della metilazione ed è responsabile per la produzione di nuovi filamenti metilati, che si formano sulla basa dei filamenti stampo, già metilati in precedenza.
▲Si pensa che DNMT3a e DNMT3b siano le metiltransferasi che determinano una metilazione de novo. DNMT3L è una proteina che è omologa alla DNMT3s altri, ma non ha attività catalitica. Invece, DNMT3L controlla le metiltransferasi de novo, aumentando la loro capacità di legarsi al DNA e stimolando la loro attività. Infine, DNMT2 (TRDMT1) è stato identificato come un omologo delle DNA metiltransferasi, e contiene tutti i 10 motivi di sequenza comuni a tutte le DNA metiltransferasi; tuttavia, DNMT2 (TRDMT1) non metila il DNA, ma metila citosina-38 nel loop dell’ anticodonedell’acido aspartico tRNA.
Dal momento che molti geni oncosoppressori sono silenziati dalla metilazione del DNA durante la carcinogenesi, ci sono stati tentativi di ri-esprimere questi geni inibendo le DNMTs. La decitabina è un analogo nucleosidico che inibisce DNMTs intrappolandole in un complesso covalente sul DNA, impedendo la fase di β-eliminazione della catalisi, con conseguente degradazione degli enzimi.Tuttavia, affinché la decitabina sia attiva, deve essere incorporata nel genoma della cellula, che può causare mutazioni nelle cellule figlie se la cellula non muore. Inoltre,la decitabina è tossica per il midollo osseo, e ciò limita la sua capacità terapeutica. Al momento non è ancora chiaro se DNMT1 da sola è sufficiente a riattivare geni oncosoppressori silenziati dalla metilazione del DNA.
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