Metilación

En química, a metilación é a adición dun grupo metilo (CH3) a un substrato ou a substitución dun átomo ou grupo por un grupo metilo. A metilación é unha forma de alquilación cun grupo metilo, en lugar de por unha cadea carbonada grande como ocorre noutras alquilacións, que substitúe a un átomo de hidróxeno. Este termo utilízase en química, bioquímica, edafoloxía, e bioloxía.

Nos sistemas biolóxicos a metilación é catalizada por encimas; ditas metilacións poden estar implicadas en modificacións de metais pesados, a regulación da expresión xénica, a regulación da función proteica, e o procesamento do ARN. A metilación de metais pesados pode ocorrer tamén fóra dos sistemas biolóxicos. A metilación química de mostras de tecidos é tamén un método para reducir certos artefactos histolóxicos de tinguidura.

 En bioloxía 

 Epixenética 
A metilación que contribúe á herdanza epixenética pode ocorrer por metilación do ADN ou por metilación das proteínas.

A metilación do ADN en vertebrados ocorre tipicamente en sitios CpG (sitios citosina-fosfato-guanina, que son sitios onde unha citosina está seguida por unha guanina na secuencia de ADN). Esta metilación orixina a conversión da citosina en 5-metilcitosina. A formación de Me-CpG está catalizada polo encima ADN metiltransferase. O ADN humano ten do 80 ao 90% dos sitios CpG metilados, pero hai certas áreas, chamadas illas CpG, que son ricas en GC (teñen un alto contido en guanina e citosina, e comprenden o 65% dos residuos CG), nos que non está metilada ningunha. Estas illas están asociadas cos promotores do 56% dos xenes de mamíferos, incluíndo todos os xenes que se expresan ubicuamente. Do 1 ao 2 % do xenoma humano son grupos CpG, e hai unha relación inversa entre a metilación CpG e a actividade transcricional.

A metilación de proteínas é un tipo de modificación postraducional que ten lugar normalmente nos residuos de aminoácidos arxinina ou lisina da secuencia da proteína. A arxinina pode ser metilada unha vez (arxinina monometilada) ou dúas (arxinina dimetilada), e nese caso pode ter ambos os grupos metilo situados nun nitróxeno terminal (arxinina dimetilada asimétrica) ou un en cada nitróxeno terminal (arxinina dimetilada simétrica). A reacción catalízana peptidilarxinina metiltransferases (PRMTs). A lisina pode ser metilada unha, dúas ou tres veces polas lisina metiltransferases. A metilación de proteínas foi máis estudada nas histonas. A transferencia de grupos metilo desde a S-adenosil metionina a histonas é catalizada por encimas chamados histona metiltransferases. As histonas que son metiladas en certos residuos poden actuar epixeneticamente para reprimir ou activar a expresión xénica.Grewal, S. I.; Rice, J. C. (2004). "Regulation of heterochromatin by histone methylation and small RNAs". Current Opinion in Cell Biology 16 (3): 230–238. doi:10.1016/j.ceb.2004.04.002. PMID 15145346.Nakayama, J. -I.; Rice, J. C.; Strahl, B. D.; Allis, C. D.; Grewal, S. I. (2001). "Role of Histone H3 Lysine 9 Methylation in Epigenetic Control of Heterochromatin Assembly". Science 292 (5514): 110–113. doi:10.1126/science.1060118. PMID 11283354.

 Desenvolvemento embrionario 
Aínda que os cromosomas das células somáticas reteñen os patróns de metilación parentais, durante o desenvolvemento das células xerminais os seus xenomas son desmetilatdos. Despois diso, ten lugar unha metilación de novo das células xerminais, modificando e engadindo información epixenética ao xenoma que depende do sexo do individuo.

Despois da fertilización dun ovocito e a formación do cigoto, o seu xenoma combinado é desmetilado e remetilatdo outra vez (coa excepción dos chamados xenes impresos). No estado de blástula, a metilación das células embrionarias é completa.

O proceso de desmetilación/remetilación denomínase "reprogramación".Mann, M. R.; Bartolomei, M. S. (2002). "Epigenetic reprogramming in the mammalian embryo: struggle of the clones". Genome Biology 3 (2): reviews1003.reviews1001. doi:10.1186/gb-2002-3-2-reviews1003. A importancia da metilación pode verse nos mutantes obtidos por knockout de xenes que carecen de ADN metiltransferase, que morren todos no estado de mórula.Woroniecki, R.; Gaikwad, A. B.; Susztak, K. (2010). "Fetal environment, epigenetics, and pediatric renal disease". Pediatric Nephrology 26 (5): 705–711. doi:10.1007/s00467-010-1714-8. PMC 3063864. PMID 21174217.

A conversión da 5-metilcitosina en 5-hidroximetilcitosina asóciase ás veces con nucleosomas inestables lábiles, que son con frecuencia reposicionados durante a diferenciación das células nai.

 Desenvolvemento posnatal 
Hai crecentes evidencias de que a metilación exerce un papel na interacción de factores ambientais coa expresión xenética. As diferenzas en coidados maternos durante os primeiros 6 días de vida nas ratas inducen patróns de metilación diferencial nalgunhas rexións promotoras dos xenes, influíndo deste modo na expresión xénica.Weaver, I. C. G. (2007). "Epigenetic Programming by Maternal Behavior and Pharmacological InterventionNature Versus Nurture: Let's Call the Whole Thing off". Epigenetics 2 (1): 22–28. doi:10.4161/epi.2.1.3881. PMID 17965624. Ademais, os procesos que son aínda máis dinámicos, como a sinalización por interleucinas, están regulados por metilación.Bird, A. (2003). "Il2 transcription unleashed by active DNA demethylation". Nature Immunology 4 (3): 208–209. doi:10.1038/ni0303-208. PMID 12605226.

A investigación en humanos mostrou que niveis altos repetidos de activación do sistema de estrés do corpo, especialmente na infancia temperá, poden alterar os procesos de metilación e orixinan cambios na química do ADN dun individuo. Os cambios químicos poden inutilizar xenes e impedir que o cerebro regule correctamente a súa resposta ao estrés. Os investigadores e clínicos atoparon unha ligazón entre esta desregulación neuroquímica e o desenvolvemento de problemas de saúde crónicos como a depresión, obesidade, diabetes, hipertensión, e enfermidades coronarias.Caldji, C.; Hellstrom, I. C.; Zhang, T. Y.; Diorio, J.; Meaney, M. J. (2011). "Environmental regulation of the neural epigenome". FEBS Letters 585 (13): 2049–2058. doi:10.1016/j.febslet.2011.03.032. PMID 21420958.Champagne, F. A.; Curley, J. P. (2005). "How social experiences influence the brain". Current Opinion in Neurobiology 15 (6): 704–709. doi:10.1016/j.conb.2005.10.001. PMID 16260130.Champagne, F. A.; Weaver, I. C.; Diorio, J.; Dymov, S.; Szyf, M.; Meaney, M. J. (2006). "Maternal Care Associated with Methylation of the Estrogen Receptor- 1b Promoter and Estrogen Receptor- Expression in the Medial Preoptic Area of Female Offspring". Endocrinology 147 (6): 2909–2915. doi:10.1210/en.2005-1119. PMID 16513834.Felitti, V. J.; Anda, R. F.; Nordenberg, D.; Williamson, D. F.; Spitz, A. M.; Edwards, V.; Koss, M. P.; Marks, J. S. (1998). "Relationship of Childhood Abuse and Household Dysfunction to Many of the Leading Causes of Death in Adults". American Journal of Preventive Medicine 14 (4): 245–258. doi:10.1016/S0749-3797(98)00017-8. PMID 9635069.McEwen, B. S.; Gianaros, P. J. (2010). "Central role of the brain in stress and adaptation: Links to socioeconomic status, health, and disease". Annals of the New York Academy of Sciences 1186: 190–222. doi:10.1111/j.1749-6632.2009.05331.x. PMC 2864527. PMID 20201874.

 Cancro 
O patrón de metilación converteuse nun importante tema de investigación. Diversos estudos atoparon que en tecidos normais, a metilación dun xene está principalmente localizada na rexión codificante, que é pobre en CpG. Ao contrario, a rexión promotora do xene non está metilada, a pesar da gran densidade de illas CpG nesa rexión.

A neoplasia caracterízase por presentar un "desequilibrio de metilación" no que a hipometilación no conxunto do xenoma está acompañada por unha hipermetilación localizada e un incremento da expresión xénica da ADN metiltransferase.Baylln, S. B.; Herman, J. G.; Graff, J. R.; Vertino, P. M.; Issa, J. P. (1997). "Alterations in DNA Methylation: A Fundamental Aspect of Neoplasia". Advances in Cancer Research Volume 72. Advances in Cancer Research 72. p. 141. doi 10.1016/S0065-230X(08)60702-2. ISBN 978-0-12-006672-8. Tipicamente, hai hipermetilación de xenes supresores de tumores e hipometilación de oncoxenes. O estado de metilación global nunha célula podería tamén ser un factor que precipita a carcinoxénese, xa que as probas suxiren que a hipometilación no conxunto do xenoma pode levar a unha inestabilidade cromosómica e a un aumento das taxas de mutación.Jaenisch, R.; Pettersson, R. Z.; Beard, U.; Jackson-Grusby, C.; Jaenisch, L. (1998). "DNA hypomethylation leads to elevated mutation rates". Nature 395 (6697): 89–93. doi:10.1038/25779. PMID 9738504. O estado de metilación dalgúns xenes pode usarse como un biomarcador indicador da xénese de tumores. Por exemplo, a hipermetilación do xene da glutatión S-transferase de clase pi (GSTP1) parece ser un indicador diagnóstico prometedor do cancro de próstata.Nakayama, M.; Gonzalgo, M. L.; Yegnasubramanian, S.; Lin, X.; De Marzo, A. M.; Nelson, W. G. (2004). "GSTP1 CpG island hypermethylation as a molecular biomarker for prostate cancer". Journal of Cellular Biochemistry 91 (3): 540–552. doi:10.1002/jcb.10740. PMID 14755684.

No cancro, as dinámicas xenética e epixenética do silenciamento de xenes son moi diferentes. A mutación xenética somática produce un bloqueo da produción de proteínas funcionais no alelo mutante. Se a célula obtén unha vantaxe selectiva, as células expándense clonalmente dando lugar a un tumor no cal todas as células carecen da capacidade de producir proteínas. Ao contrario, o silenciamento de xenes mediado pola epixenética prodúcese gradualmente. Empeza cunha diminución sutil na transcrición, que promove unha diminución na protección das illas CpG da expansión da heterocromatina dos flancos e a metilación nas illas. Esta perda dá lugar a un incremento gradual de sitios CpG individuais, o cal varía entre copias do mesmo xene en diferentes células.Jones, Peter A.; Baylin, Stephen B. (2002). "The fundamental role of epigenetic events in cancer". Nature Reviews Genetics 3: 415–428. doi:10.1038/nrg816. PMID 12042769.

 Defensa en bacterias 
A metilación de adenosina ou citosina é parte do sistema de restrición-modificación de moitas bacterias. Os ADNs bacterianos son metilados periodicamente por todo o xenoma. Unha metilase recoñece unha secuencia específica e metila unha das bases nese secuencia ou preto dela. Os ADN estraños (que non están metilados da mesma maneira) que se introducen na célula bacteriana son degradados por encimas de restrición específicos de secuencia. O ADN xenómico bacteriano non é recoñecido por estes encimas de restrición. A metilación do ADN nativo actúa como un tipo de sistema inmunitario primitivo, o que permite á bacteria protexerse das infeccións por bacteriófagos. Estes enicmas de restrición son a base das probas de polimorfismo de lonxitude de fragmentos de restrición (RFLP), usadas para detectar os polimorfismos de ADN.

 Aplicación na diagnose prenatal 
Técnicas recentes de diagnóstico analizan o ADN fetal libre de células (ffDNA) que se encontra no sangue materno; porén, o ffDNA encóntrase en moi pequenas cantidades e é difícil de distinguir da maioría do ADN materno libre de células.Papageorgiou, E. A.; Karagrigoriou, A.; Tsaliki, E.; Velissariou, V.; Carter, N. P.; Patsalis, P. C. (2011). "Fetal-specific DNA methylation ratio permits noninvasive prenatal diagnosis of trisomy 21". Nature Medicine 17 (4): 510–513. doi:10.1038/nm.2312. PMID 21378977. Rexións específicas do xenoma están diferencialmente metiladas se comparamos o ADN fetal co ADN materno. Por exemplo, o promotor do xene do regulador autoinmune (AIRE) está moi metilado no ADN fetal pero está submetilado no ADN materno.Old, R. W.; Crea, F.; Puszyk, W.; Hultén, M. A. (2007). "Candidate epigenetic biomarkers for non-invasive prenatal diagnosis of Down syndrome". Reproductive BioMedicine Online 15 (2): 227–235. doi:10.1016/S1472-6483(10)60713-4. PMID 17697502. Utilizouse a inmunoprecipitación de ADN metilado (MeDIP) para purificar o ffDNA do soro materno co propósito de facer unha diagnose prenatal da síndrome de Down.Kyriakou, S.; Kypri, E.; Spyrou, C.; Tsaliki, E.; Velissariou, V.; Papageorgiou, E. A.; Patsalis, P. C. (2013). "Variability of ffDNA in maternal plasma does not prevent correct classification of trisomy 21 using MeDIP-qPCR methodology". Prenatal Diagnosis 33 (7): 650–655. doi:10.1002/pd.4140. PMID 23619923.

 En química 
O termo metilación en química orgánica refírese ao proceso de alquilación usado para describir a cesión de grupos CH3. Isto realízase normalmente utilizando forntes de metilos electrófilas, como iodometano, dimetil sulfato, dimetil carbonato, ou menos comunmente cos máis potentes (e perigosos) reactivos metilantes de metil triflato, diazometano ou metil fluorosulfonato (metilo máxico), que reaccionan por medio de substitución nucleofílica SN2. Por exemplo un carboxilato pode ser metilado nun oxíxeno para dar un metil éster, un sal alcóxido RO− pode ser igualmente metilado para dar un éter, ROCH3, ou unha cetona enolato pode sufrir metilación no carbono para producir unha cetona distinta.

350px|Metilación dun sal de ácido carboxílico e un fenol usando iodometano.

Por outra parte, a metilación pode implicar o uso de compostos de metilo nucleófilos como o metillitio (CH3Li) ou reactivos de Grignard (CH3MgX). Por exemplo, o CH3Li metilará a acetona, engadindo o metilo a través do carbonilo (C=O) para dar o alcóxido de litio do ter-butanol:

250px|Metilación da acetona por metil litio.

 Metilación de Purdie 
A metilación de Purdie é un método específico de metilación en oxíxenos de carbohidratos usando iodometano e óxido de prata.Purdie, T.; Irvine, J. C. (1903). "C.?The alkylation of sugars". Journal of the Chemical Society, Transactions 83: 1021. doi:10.1039/CT9038301021.
500px|Metilación de Purdie.

 5-O-metilacións 
 5-O-Metilxenisteína
 5-O-Metilmiricetina
 5-O-Metilquercetina, tamén chamada azaleatina.

 Notas 

 Véxase tamén 

 Outros artigos 
 Alquilación
 Secuenciación de bisulfito – o método bioquímico usado para determinat a presenza ou ausencia de grupos metilo nunha secuencias de ADN
 MethDB Base de datos de metilación do ADN
 Termoforese de microescala – un método biofísico para determinar o estado de metilación do ADN

 Ligazóns externas 
 deltaMasses Detección de metilacións e espectrometría de masas


Categoría:Epixenética
Categoría:Química orgánica
Categoría:Modificacións postraducionais