Читаем The Epigenetics Revolution полностью

This means there is a precedent for removing DNA methylation in non-dividing cells. Perhaps there’s a similar mechanism in neurons. There’s still a lot of debate about how DNA methylation is actively removed, even in the well-established events in early development. There’s even less consensus about how it takes place in neurons. One of the reasons this has been so hard to investigate is that active DNA demethylation may involve a lot of different proteins, carrying out a number of steps one after another. This makes it very difficult to recreate the process in a lab, which is the gold standard for these kinds of investigations.

Silencing the silencer

As we’ve seen repeatedly, scientific research often throws up some very unexpected findings and so it happened here. While many people in epigenetics were looking for an enzyme that removed DNA methylation, one group discovered enzymes that added something extra to methylated DNA. This is shown in Figure 12.3. Very surprisingly, this has turned out to have many of the same consequences as demethylating the nucleic acid.

Figure 12.3 Conversion of 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine. C: carbon; H: hydrogen; N: nitrogen; O: oxygen. For simplicity, some carbon atoms have not been explicitly shown, but are present where there is a junction of two lines.


A small molecule called hydroxyl, consisting of one oxygen atom and one hydrogen atom, is added to the methyl group, to create 5-hydroxymethylcytosine. This reaction is carried out by enzymes called TET1, TET2 or TET3[223].

This is highly relevant to the question of DNA demethylation, because it’s the effects of DNA methylation that make this change important. Methylation of cytosine affects gene expression because methylated cytosine binds certain proteins, such as MeCP2. MeCP2 acts with other proteins to repress gene expression and to recruit other repressive modifications like histone deacetylation. When an enzyme such as TET1 adds the hydroxyl group to the methylcytosine to form the 5-hydroxymethylcytosine molecule, it changes the shape of the epigenetic modification. If a methylated cytosine is like a grape on a tennis ball, the 5-hydroxymethylcytosine is like a bean stuck to a grape stuck to a tennis ball. Because of this change in shape, the MeCP2 protein can’t bind to the modified DNA any more. The cell therefore ‘reads’ 5-hydroxymethylcytosine in the same way as it reads unmethylated DNA.

Many of the techniques used until very recently looked for the presence of DNA methylation. They often couldn’t distinguish between unmethylated DNA and 5-hydroxymethylated DNA. This means that many of the papers which refer to decreased DNA methylation may actually have been detecting increased 5-hydroxymethylation without knowing it. It’s currently unproven, but it may be that instead of actually demethylating DNA, as reported in some of the behavioural studies, neurons really convert 5-methylcytosine to 5-hydroxymethylcytosine. The techniques for studying 5-hydroxymethylcytosine are still under development but we do know that neurons contain higher levels of this chemical than any other cell type[224].

Remember, remember

Despite these controversies, research is continuing into the importance of epigenetic modifications in brain function. One area that is attracting a lot of attention is the field of memory. Memory is an incredibly complex phenomenon. Both the hippocampus and a region of the brain called the cortex are involved in memory, but in different ways. The hippocampus is mainly involved in consolidating memories, as our brains decide what we are going to remember. The hippocampus is fairly plastic in the way that it operates, and this seems to be associated with transient changes in DNA methylation, again through fairly uncharacterised mechanisms. The cortex is used for longer-term storage of memories. When memories are stored in the cortex, there are prolonged changes in DNA methylation.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров , Людмила Александровна Дикая , Игорь Сергеевич Дикий

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука
Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Савельев , Сергей Вячеславович Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции
Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции

В этой амбициозной книге Евгений Кунин освещает переплетение случайного и закономерного, лежащих в основе самой сути жизни. В попытке достичь более глубокого понимания взаимного влияния случайности и необходимости, двигающих вперед биологическую эволюцию, Кунин сводит воедино новые данные и концепции, намечая при этом дорогу, ведущую за пределы синтетической теории эво люции. Он интерпретирует эволюцию как стохастический процесс, основанный на заранее непредвиденных обстоятельствах, ограниченный необходимостью поддержки клеточной организации и направляемый процессом адаптации. Для поддержки своих выводов он объединяет между собой множество концептуальных идей: сравнительную геномику, проливающую свет на предковые формы; новое понимание шаблонов, способов и непредсказуемости процесса эволюции; достижения в изучении экспрессии генов, распространенности белков и других фенотипических молекулярных характеристик; применение методов статистической физики для изучения генов и геномов и новый взгляд на вероятность самопроизвольного появления жизни, порождаемый современной космологией.Логика случая демонстрирует, что то понимание эволюции, которое было выработано наукой XX века, является устаревшим и неполным, и обрисовывает фундаментально новый подход – вызывающий, иногда противоречивый, но всегда основанный на твердых научных знаниях.

Евгений Викторович Кунин

Биология, биофизика, биохимия