2.5. Активное деметилирование зиготического отцовского генома

Помимо этих локальных изменений в метилировании ДНК имеет место значительное изменение уровней глобального метилирования ДНК в оплодотворенном яйце. Анализ уровней метилирования хромосомной ДНК с использованием анти-5-метилцитозиновых антител первоначально показал, что один хромосомный набор на ранних стадиях эмбрионального дробления удивительным образом дефектен в отношении метилирования ДНК (Rougier et al., 1998). Происхождение этого различия обнаружили, изучая зиготу до слияния материнского и отцовского пронуклеусов и используя для этого иммуноокрашивание 5-метилцитозина (Mayer et al., 2000). Вначале и материнский, и отцовский пронуклеусы демонстрировали равное окрашивание, что позволяло предполагать, что геномы яйцеклетки и спермия имели, грубо говоря, эквивалентные уровни метилирования цитозинов. Однако через несколько часов после оплодотворения наблюдали резкую утерю 5-метилцитозинов исключительно из отцовского генома. Бисульфитное секвенирование подтвердило, что один из двух геномов действительно деметилирован. Механизм утраты метилирования ДНК неизвестен, но он должен включать «активное» удаление этой модификации, поскольку в этот период нет никакой репликации ДНК. Интересно, что материнский геном тоже теряет метилирование ДНК в раннем эмбриогенезе, но в этом случае процесс является «пассивным» благодаря отсутствию поддерживающего метилирования ДНК во время ранних делений дробления. В целом предполагается, что в этот период удаляется более половины всего геномного метилирования. Затем, при имплантации происходит реметилирование, зависящее от Dnmt3a и Dnmt3b.

Об активном деметилировании ДНК сообщалось и в нескольких других случаях. Например, деметилирование промотора гена interleukin-2 в дифференцирующихся Т-хэлперных клетках (см. выше и: Bruniquel and Schwartz, 2003) происходит быстро и в отсутствие репликации ДНК. Сравнимый эффект был воспроизведен искусственно в системе ооцита лягушки, где сайленсированный, метилированный ген Oct-4 млекопитающего можно было транскрипционно реактивировать посредством процесса, зависящего от предшествующего деметилирования этого гена (Simonsson and Gurdon, 2004) Эта стадия, по-видимому, установлена для изоляции самой деметилазы.

^{Рис. 18.4. Островки CpG}

^{Островки CpG — это участки высокой плотности CpG, лишенные метилирования CpG, обнаруживаемого на промоторах большинства генов человека Долговременный сайленсинг гена может быть обеспечен метилированием района островков CpG. Например, таким путем сайленсированы гены на неактивной Х-хромосоме и некоторые импринтированные гены. Кроме того, некоторые гены в раковых клетках аберрантно сайленсированы метилированием островков CpG}