Demethylierung
Englisch: demethylation
Definition
Als Demethylierung bezeichnet man die chemische Abspaltung einer Methylgruppe (–CH3) von einem Molekül. In biologischen Systemen geschieht dies meistens enzymatisch durch sogenannte Demethylasen. Typische Substrate sind methylierte DNA, RNA oder Proteine. Üblicherweise wird die abgespaltene Methylgruppe durch ein Wasserstoffatom ersetzt.
Biochemie
DNA-Demethylierung
Die Demethylierung von 5-Methylcytosin (5mC) kann passiv oder aktiv erfolgen.
Passive Demethylierung
Die passive Demethylierung erfolgt während der DNA-Replikation, wenn die Methylierungsmuster nicht durch DNMT1 auf den neu synthetisierten Strang übertragen werden. Dies führt zu einem progressiven Verlust der Methylierung über Zellgenerationen hinweg.
Aktive Demethylierung
Die aktive DNA-Demethylierung ist enzymatisch gesteuerter Prozess. Dabei wird 5-Methylcytosin durch TET-Enzyme über die Zwischenstufen 5-Hydroxymethylcytosin (5hmC) weiter zu 5-Formylcytosin (5fC) und 5-Carboxycytosin (5caC) oxidiert. Diese werden anschließend durch Basen-Exzisionsreparatur entfernt und durch nicht-methylierte Cytosine ersetzt.
Protein-Demethylierung
Neben der DNA-Demethylierung stellt auch die Protein-Demethylierung einen wichtigen epigenetischen und biochemischen Regulationsmechanismus dar. Dabei werden Methylgruppen von methylierten Aminosäureresten, (Lysin oder Arginin), in Histonen oder anderen regulatorischen Proteinen entfernt. Dieser Prozess beeinflusst unter anderem die Chromatinstruktur, Transkriptionsaktivität und Signaltransduktion. Die enzymatische Demethylierung erfolgt durch spezifische Histon-Demethylasen.