Neke kemikalije koje sprječavaju metilaciju mogu aktivirati prethodno inaktivirane gene, to je npr. 5-azacitidin. Geni koji su inaktivirani metilacijom mogu se uz pomoć 5-azacitidina ponovno aktivirati.
Konformacijska struktura Z-DNA je stabilizirana upravo metilacijom; CG sekvencije se pretvaraju u stabilnu Z strukturu metilacijom što blokira transkripciju
VAŽNO JE ZNATI
Hipometilacija je povezana s aktivnošću gena (npr. promotorske regije održavateljskih gena, engl. housekeeping). Hipermetilacija je povezana sa supresijom aktivnosti gena.
Demetilacija – faktor selektivne aktivacije gena tijekom stanične diferencijacije.
Metiliranje DNA važno je u kontroli ekspresije nekih gena (oko 1 %) aktivnih tijekom embriogeneze sisavaca. To nazivamo genomski utisak (engl. genomic imprinting). Utisnuti geni (aleli) metiliraju se ili tijekom spermatogeneze ili tijekom oogeneze, pa njihova ekspresija u organizmu ovisi o tome jesu li naslijeđeni od oca ili od majke. Spermij i jajna stanica nose kromosome koji su različitog genomskog utiska. Ako je gen utisnut on je metiliran tj. inaktivan je. Prema tome isti alel može imati različiti fenotipski učinak ovisno o tome od kojeg se roditelja nasljeđuje (slika 16.5. i 16.6.). U svakoj se generaciji tijekom gametogeneze stari utisak briše te se ponovno metiliraju isti aleli (kromosoma) u spermiju i jajnoj stanici. Ako je npr. utisnut neki gen na X-kromosomu majke, potomak nasljeđuje inaktivni majčin alel i aktivni X-alel oca. Zigota prilikom oplodnje uvijek nasljeđuje samo jedan utisnuti alel, dok je drugi alel aktivan. To nazivamo monoalelna ekspresija. Nepravilnosti u genomskom utisku dovode do teških razvojnih nepravilnosti (npr. Prader-Willijev i Angelmanov sindrom), nepravilnosti u ponašanju te do razvoja bolesti (npr. karcinom) kod ljudi.
Utisak na razini kromosoma – vidljiv je u obliku dva sindroma: Prader-Willijev i Angelmanov, čija je molekularna osnova ista tj. radi se o deleciji dijela q-kraka kromosoma 15. Ekspresija ovisi da li se nasljeđuje od majke ili od oca (slika 16.6.a. i b.).
U vinske mušice i kvasca nema metilacije DNA.
Slika 16.5. Različiti su geni epigenetički utišani u spermalnim i jajnim stanicama (crtež Renata Horvat).
Slika 16.6.a. Prader-Willijev sindrom nastaje zbog delecije očevog, a inaktivacije majčinog gena na 15. kromosomu. Sindrom karakterizira: nizak rast, pretilost, male šake i stopala, hipogonadizam i mentalna retardacija (crtež Renata Horvat).
Slika 16.6.b. Angelmanov sindrom nastaje zbog delecije majčinog, a inaktivacije očevog gena na 15. kromosomu. Sindrom karakterizira: zastoj u razvitku, poteškoće u govoru, mentalna retardacija i prenaglašeni smijeh (“happy puppet syndrome”) (crtež Renata Horvat).
Preraspodjela DNA u genomu može izazvati promjenu u ekspresiji gena. Barbara McClintock je 1940-tih otkrila transpozone kod kukuruza (Ac-Ds sustav; Nobelova nagrada 1983.). Transpozoni u prokariota otkriveni su 1967. Transpozoni obuhvaćaju sljedove nukleotida koji mogu mijenjati mjesta u genomu; nazivamo ih još i pokretni genetički elementi. U eukariota su obično raspršeni duž kromosoma te spadaju u tzv. raspršenu ponavljajuću DNA. Ako se transpozon ubaci unutar gena on može poremetiti njegovu ekspresiju (inaktivacija). Dobar primjer je ubacivanje transpozona unutar gena za boju cvijeta. Kod panaširanog cvijeta (pigmentirani i nepigmentirani dijelovi) u stanicama pigmentiranog dijela gen za boju je aktivan i sintetizira se pigment, dok bijeli dio cvijeta čine stanice u kojima je zbog umetanja transpozona poremećena ekspresija gena pa nema sinteze pigmenta.
S obzirom na način premještanja po genomu, pokretne genetičke elemente dijelimo na transpozone i retrotranspozone ili retroelemente. Transpozoni se premještaju u obliku DNA, mehanizmom izrezivanja i ljepljenja (engl. cut/paste), a za to je potreban enzim transpozaza kodiran od transpozona (slika 16.7.a.).
Retrotranspozoni se premještaju mehanizmom kopiranja i ljepljenja (engl. copy/paste). Premještaju se iz jednog mjesta u genomu na drugo preko RNA-intermedijara: DNA se kopira u RNA, a RNA se reverznom transkripcijom uz pomoć enzima reverzne transkriptaze kopira u DNA koja se ugrađuje na drugo mjesto u genomu (slika 16.7.b.).
Slika 16.7.a. DNA transpozoni – premještaju se u obliku DNA, “cut/paste” mehanizmom uz pomoć enzima transpozaze (crtež Renata Horvat).
Slika 16.7.b. Retrotranspozoni se premještaju uz pomoć RNA intermedijara: DNA → RNA → DNA (crtež Renata Horvat).