Ihmisen genomin kirjainten, A, C, G ja T, järjestys on tunnettu vuodesta 2000 lähtien. Näiden neljän kirjaimen lisäksi CG-kirjainyhdistelmien C:t voidaan muokata soluissa metylaatiolla ja näin tuottaa genomin ’viides kirjain’. Kirjainten järjestyksen ymmärtäminen on edellytys genomitiedon hyödyntämiseen lääketieteessä; geenien kirjainjonot tunnetaan jo, mutta niin sanotuista säätelyalueista tiedetään vain vähän. Säätelyalueet sisältävät ohjeet siitä, milloin ja missä geeniä ilmennetään.
Ihmiskeho koostuu useista erityyppisistä soluista, joissa kaikissa on sama genomin kirjainten järjestys. Genomin CG-kirjainyhdistelmien metylaatio kuitenkin vaihtelee eri kudoksissa esiintyvien solujen välillä. Tällä metylaatiolla voi olla suuri vaikutus geenien ilmentymiseen solussa ja siten solun ominaisuuksiin etenkin, jos metylaatio esiintyy säätelyalueiden ’DNA-sanoissa’, joihin traskriptiotekijöiksi kutsutut säätelyproteiinit sitoutuvat.
Professori Jussi Taipaleen (Helsingin yliopisto ja Karoliininen Instituutti) johdolla tutkijat ovat aikaisemmin tunnistaneet useimmat DNA-sanat, joihin yksittäin ja pareittain esiintyvät transkriptiotekijät sitoutuvat. CG-kirjainyhdistelmän metylaation vaikutusta DNA-sanojen lukemiseen ei kuitenkaan ole aiemmin tutkittu systemaattisesti. Niinpä Taipaleen ryhmä kartoitti systemaattisesti transkriptiotekijöiden sitoutumista DNA-sanoihin, joiden CG-kirjainyhdistelmät olivat joko metyloituja tai ei-metyloituja.
Kartoitus paljastaa, että monien transkriptiotekijöiden sitoutuminen DNA-sanoihin muuttuu CG-kirjainyhdistelmien metylaation myötä. Toisin kuin aiemmin tiedettiin, DNA-sanoja, joiden CG-kirjainyhdistelmät ovat metyloituja, lukevat erityisesti sikiöaikana ja elimien kehityksen aikana ilmenevät transkriptiotekijät, sekä muutamat eturauhas- ja paksusuolisyövässä tärkeät transkriptiotekijät.
Helsingin yliopistossa toimivan Suomen Akatemian Syöpägenetiikan huippuyksikön tutkijat osallistuivat tutkimukseen keskeisesti tuottamalla tietoa syöpäsolujen genomin CG-kirjainyhdistelmien metylaatiosta ja tutkimalla transkriptiotekijöiden tunnistamien DNA-sanojen esiintymistä ihmisen ja muiden lajien genomeissa.
Tämän tutkimuksen tuloksilla on suuri merkitys yksilönkehityksen, syöpäkasvainten kehityksen ja tautien synnyn ymmärtämisessä.
Viite: Yimeng Yin, Ekaterina Morgunova, Arttu Jolma, Eevi Kaasinen, Biswajyoti Sahu, Syed Khund-Sayeed, Pratyush K. Das, Teemu Kivioja, Kashyap Dave, Fan Zhong, Kazuhiro R. Nitta, Minna Taipale, Alexander Popov, Paul Adrian Ginno, Silvia Domcke, Jian Yan, Dirk Schübeler, Charles Vinson, and Jussi Taipale: Impact of cytosine methylation on DNA binding specificities of human transcription factors. Science, 5 May, 2017 DOI 10.1126/science.aaj2239
Lisätietoja:
Jussi Taipale, PhD, Professor of medical systems biology
Department of Medical Biochemistry and Biophysics, Karolinska Institutet
Puh. +46 (0)736 49 18 79
Sähköposti: jussi.taipale@ki.se