Dinucléotide CpG

Définition

Un dinucléotide CpG (site CpG) est une combinaison chimique de deux nucléotides, qui ont les nucléobases cytosine et guanine. CpG est l'abréviation de 5′-Cytosine-phosphate-Guanine-3′, avec une cytosine et une guanine séparées par un seul groupe phosphate. Le phosphate lie deux nucléosides ensemble dans l'ADN, d'où l'appellation dinucléotide. Les nucléosides désoxycytidine (nucléobase cytosine) et désoxyguanosine (nucléobase guanine) ne sont séparés que par un groupe phosphate, qui relie normalement les nucléotides dans l'ADN. La notation "CpG" est utilisée pour distinguer cette séquence linéaire de l'appariement de bases CG complémentaires (cytosine et guanine) sur deux brins différents.

Comparaison dinucléotide CpG et paire de bases C-G :

Séquence d'un dinucléotide CpG d'un brin d'ADN comparé à une paire de bases C-G sur des brins complémentaires.

Explications

Les séquences CpG non méthylées des fragments CpG de l'ADN des bactéries reconnues par le récepteur TLR9 (Toll-Like Receptor 9) par les cellules du système immunitaire. Le CpG non méthylé fait partie des PAMP, c'est donc une cible pour une réponse immunitaire non spécifique.

Représentation schématique du dinucléotide CpG sur un fragment de brin d'ADN :

Représentation schématique d'un dinucléotide CpG sous forme de section d'une molécule d'ADN double brin (ADNdb). Le dinucléotide CpG réel (5′-désoxycytidine-phosphate-désoxyguanosine-3′) sur le brin indiqué ("Watson") est représenté en noir. L'appariement des bases au brin complémentaire ("Crick") est représenté en gris. L'orientation (5′-3′), les numérotations et les transitions vers des parties non illustrées (lignes d'onde) de la molécule d'ADNdb sont également affichées en gris. Le marquage bleu des parties éponymes (cytosine-phosphate-guanine) se traduit par l'inscription "CpG".

En général, le terme "dinucléotide CpG" fait référence à un emplacement dans la constitution génétique (ADN) qui contient désoxycytidine - acide phosphorique - désoxyguanosine (dans la direction 5′-3′). En raison de l'appariement de bases complémentaires à un tel point, également appelé site CpG, deux dinucléotides apparaissent dans le double brin d'ADN à chaque point.

Les sites CpG jouent un rôle particulier dans les génomes de certains êtres vivants (par exemple chez les mammifères) car ils y font l'objet d'une méthylation de l'ADN et ont une fréquence et une distribution particulières. Les sites CpG ou dinucléotides ne doivent pas être confondus avec les îlots CpG. Les îlots CpG sont des zones définies dans lesquelles les sites CpG sont plus fréquents que dans d'autres sections du génome sous-jacent.

Dinucléotides non-CpG

Les cytosines méthylées se trouvent principalement au niveau des dinucléotides CpG, mais se trouvent également sur des sites non-CpG (CpA, CpT et CpC).

Les types non-CpG sont :

• CpG-A (également appelé type D) : stimule les cellules pDC à produire INF-α;
• CpG-B (également connu sous le nom de type K) : stimule les lymphocytes B;
• CpG-C : fonctionne sur les deux types de cellules.

Îlots CpG (CGI)

Les îlots CpG (CGI) sont définis comme des segments d'ADN longs de 500 à 1 500 pb avec un rapport CG :GC supérieur à 0,6, et ils se trouvent normalement au niveau des promoteurs et contiennent l'extrémité 5′  du transcrit.

Les îlots CpG (CGI) sont des régions du génome qui contiennent un grand nombre de répétitions dinucléotides CpG. Dans les génomes des mammifères, les îlots CpG s'étendent généralement sur 300 à 3 000 paires de bases. Ils sont situés à l'intérieur et à proximité des sites d'environ 40 % des promoteurs de gènes de mammifères. Le génome humain contient environ 30 000 îlots CpG (CGI), de longues étendues (0,5 à 2 kb) d'ADN avec des niveaux anormalement élevés de dinucléotides CpG. Beaucoup interviennent au niveau des promoteurs des gènes, et leur ADN reste presque toujours non méthylé.

Les îlots CpG sont des régions de méthylation de l'ADN dans des promoteurs connus pour réguler l'expression des gènes par le silence transcriptionnel du gène correspondant.

Malgré leur manque d'éléments promoteurs communs, les îlots CpG améliorent l'accessibilité de l'ADN et favorisent la liaison aux facteurs de transcription. La méthylation des îlots CpG entraîne un silençage stable de l'expression des gènes.

Les îlots CpG ont évolué d'une surreprésentation de séquence particulière des nucléotides CpG à être reconnus comme des parties fonctionnellement importantes du génome qui définissent et régulent les régions promotrices des vertébrés. Les CGI ont résisté à une définition mathématique unifiée, mais les approches récentes deviennent plus précises pour distinguer les vrais îlots CpG des artefacts tels que les séquences répétitives. Les îlots CpG sont généralement associées à un manque de méthylation de l'ADN et peuvent être considérées comme les meilleurs prédicteurs pour définir les régions promotrices actives ou potentiellement actives.

Les îlots CpG méthylés jouent un rôle dans l'inactivation de l'X, l'empreinte génomique, les schémas de méthylation aberrants dans le cancer et l'extinction des gènes au cours de la différenciation cellulaire. Plus important encore, il devient de plus en plus évident qu'ils sont essentiels pour des processus de régulation affinés en dirigeant les modèles d'expression génique et le destin cellulaire, agissant ainsi comme des repères vitaux de l'épigénome.

Les îlots CpG sont généralement associés à des promoteurs; les gènes, dont les promoteurs sont particulièrement riches en séquences CpG, ont tendance à être exprimés dans la plupart des tissus. On pense que l'épuisement global des CpG dans tout le génome est une conséquence de la méthylation de certains CpG de la lignée germinale et de leur susceptibilité à la mutation.

✅ La surméthylation des îlots CpG est l'un des premiers changements somatiques observés au cours du développement tumoral. Certains changements de méthylation au sein des îlots CpG sont liés au vieillissement.

Motif CpG

Un motif CpG désigne un dinucléotide CpG qui diffère des 15 autres motifs à deux bases.

Puisque quatre nucléobases (A, C, G et T) sont représentées dans l'ADN, il y a 4 × 4 = 16 motifs de séquences à deux bases différents (ApA, ApC..., CpG..., GpC..., TpG, TpT). Le motif CpG diffère des 15 autres motifs à deux bases en ce qu'il a une distribution et une fonction biologique différentes dans l'ADN double brin de divers êtres vivants, y compris les humains, que les autres motifs à deux bases. Le motif CpG s'y trouve en grappes statistiques dans les îlots CpG et peut être méthylé de différentes manières. La méthylation de l'ADN passe de la cytosine à la 5-méthylcytosine (la guanosine n'est pas méthylée). Le degré de méthylation des sites CpG, en particulier dans les îles CpG, affecte la régulation des gènes et d'autres propriétés épigénétiques. La méthylation des sites CpG joue un rôle décisif dans la recherche et le traitement du cancer, car elle est souvent perturbée dans les tumeurs.

La faible fréquence statistique des séquences CG est due à la suppression CG.

Cytosine méthylée

⭐ La cytosine sur les îlots CpG peut être méthylée (ajout d'un groupe méthyle). Cette réaction est catalysée par les ADN méthyltransférases. Elle intervient principalement chez les vertébrés car chez les invertébrés tels que la mouche D. melanogaster, le nématode C. elegans ou la levure S. cereviceae, la méthylation de l'ADN existe rarement ou pas du tout. Dans leur cas, les dinucléotides CG existent généralement dans tout le génome avec une fréquence standard, et donc les îlots CpG ne peuvent pas être distingués, bien que leur génome puisse également avoir des domaines méthylés.

Les cytosines méthylées dans les génomes des mammifères sont sujettes à la désamination et, par conséquent, à être converties en thymine, entraînant une mutation. Cependant, de telles transformations au sein des îlots CpG sont moins fréquentes par rapport à d'autres régions du génome.

La méthylation des îlots CpG dans les régions promotrices est généralement associée à l'extinction de l'expression génique et appartient à des mécanismes épigénétiques. Pratiquement tous les gènes ménagers sont des îlots CpG. Ces gènes sont exprimés dans toutes les cellules et leurs îlots CpG ne sont pas méthylés. Ces îlots sont également non méthylés au niveau de gènes spécifiques dans les cellules pour lesquelles l'expression donnée est caractéristique. Dans d'autres types cellulaires, les îlots CpG devant de tels gènes sont méthylés et donc non exprimés. Le schéma de méthylation est hérité par les générations successives de cellules, qui lui indique quels gènes doivent être transcrits et traduits en protéines et lesquels non. Les nucléotides CG en dehors des îlots CpG du génome sont généralement méthylés.

Protéines de liaison méthyl-CpG

La protéine du domaine de liaison méthyle-CpG 1 (Mbd1) se lie aux dinucléotides CpG méthylés, tout comme Kaiso, les protéines de type Kaiso et les protéines du domaine SRA.

Utilisations thérapeutiques

Chez les bactéries, les sites CpG n'ont souvent pas la même distribution, la même méthylation et la même importance que chez l'homme. Ces différences d'ADN étranger sont reconnues par la défense immunitaire innée de l'homme (et celle d'autres vertébrés) et certaines cellules immunitaires sont activées. Le récepteur de reconnaissance de formes intracellulaire TLR-9 joue ici le rôle décisif. Cette propriété des motifs CpG non méthylés peut être utilisée pour obtenir un effet adjuvant dans l'organisme. Des oligonucléotides CpG synthétiques et stables aux nucléases sont utilisés comme adjuvant (adjuvant) testé dans des études cliniques dans le traitement de maladies tumorales (dont vaccins anticancéreux), maladies infectieuses et allergies. La stabilité contre les nucléases est obtenue par une modification phosphorothioate dans laquelle un atome d'oxygène du résidu phosphate est remplacé par un atome de soufre.

Dans le cas des plasmides bactériens pour thérapie génique, les dinucléotides CpG sont partiellement éliminés afin d'éviter une dégradation prématurée du plasmide.

En rapport avec "dinucléotide CpG"

• appariement

  

  L'appariement est un regroupement par union d'une paire, d'un couple. En biologie, l'appariement est le regroupement des sexes pour la reproduction.

• appariement chromosomique

  

  Un appariement chromosomique est un regroupement, par alignement longitudinal, des chromosomes homologues en paires au cours de la prophase de la méiose.

• dinucléotide

  

  Un dinucléotide est une combinaison chimique composée de deux nucléotides, chaque nucléotide étant formé d'un phosphate, d'un pentose et d'une base azotée.

• flavine adénine dinucléotide

  

  La flavine adénine dinucléotide (FAD) est un cofacteur capable de subir une action redox, présente dans plusieurs réactions importantes dans le métabolisme.