Cytosine Methylation Enhances DNA Condensation Revealed by Equilibrium Measurements Using Magnetic Tweezers

DNA甲基化 化学 DNA DNA缩合 CpG站点 染色质 表观遗传学 生物物理学 甲基化 分子生物学 生物化学 生物 基因 基因表达 转染
作者
Ya-Jun Yang,Hailong Dong,Xiaowei Qiang,Hengzhi Fu,Er-Chi Zhou,Chen Zhang,Lei Yin,Xuefeng Chen,Fuchao Jia,Liang Dai,Zhi-Jie Tan,Yueyue Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:142 (20): 9203-9209 被引量:25
标识
DOI:10.1021/jacs.9b11957
摘要

CpG methylation of DNA is common in mammalian cells. In sperm, the DNA has the highest level of CpG methylation and is condensed into toroidal structures. How CpG methylation affects DNA structures and interactions is important to understand its biological roles but is largely unknown. Using an RNA–DNA–RNA structure, we observed the equilibrium hopping dynamics between the condensed and extended states of DNA in the presence of polyamines or polylysine peptide as a reduced model of histone tails. Combing with the measured DNA elasticities, we report that CpG methylation of each cytosine nucleotide substantially increases DNA–DNA attraction by up to 0.2 kBT. For the DNA with 57% GC content, the relative increase caused by CpG methylation is up to 32% for the spermine-induced DNA–DNA attraction and up to 9% for the polylysine-induced DNA–DNA attraction. These findings help us to evaluate the energetic contributions of CpG methylation in sperm development and chromatin regulation.
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