Карта кинетики метилирования ДНК в масштабе генома

Исследователи из группы Шюбелера впервые количественно оценили скорости метилирования и деметилирования для 860 404 отдельных CpG-сайтов в эмбриональных стволовых клетках мыши. Исследование выявило высокую вариабельность и контекст-специфичную активность ферментов метилирования ДНК.

Уровни метилирования ДНК определяются балансом противоположных ферментативных реакций: добавления метильной группы (метилирования) и её удаления (деметилирования). В клетках млекопитающих метилирование осуществляется двумя классами ДНК-метилтрансфераз (DNMT): поддержание метилирования (после репликации ДНК) и de novo метилирование (установление паттернов). Деметилирование может быть пассивным (из-за неполного поддержания) или активным (с помощью ферментов TET).

Чтобы измерить реальные скорости этих процессов, учёные совместили генетическое удаление (абляцию) метилирующих и деметилирующих ферментов с количественными измерениями метилирования ДНК высокого охвата и сложным математическим моделированием.

Ключевые результаты:

• Скорости метилирования/деметилирования CpG-сайтов в разных участках генома могут различаться на два порядка величины, даже если их стационарный уровень метилирования схож.
• Связывание транскрипционных факторов не только препятствует метилированию de novo, но и затрудняет поддержание метилирования после репликации.
• Оборот метилирования повышен в телах генов (транскрибируемых областях) и увеличивается с ростом транскрипционной активности. Это означает, что высокий общий уровень метилирования в генах находится в постоянной динамике.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, представляет первую карту кинетики метилирования ДНК в масштабе генома с таким уровнем детализации.