Investigation of human promoter CpG content and methylation profiles at different conservation levels

Abstract

Promotor bölgelerinde bulunan CpG'lerin metilasyonu gen ekspresyonu ve gen susturulmasında kullanılan bir yöntemdir. Promotor bölgelerinin az ya da çok metilasyonu başta kanser olmak üzere birçok hastalıkla ilişkilendirilmiştir. Promotor CpG adalarındaki metilasyon, gen ekspresyonunu düzenleyen önemli bir profil olduğu halde, metilasyon aracığılıyla gen susturmanın tam mekanizması ve bireysel CpG'lerin rolü bilinmemektedir. Bu çalışma değişik evrimsel zaman dilimleri üzerinde promoter CpG sayısını ve metilasyon profilini hesaplayarak; evrim baskısının promotor CpG'leri üzerindeki etkisini araştırmaya yöneliktir. Araştırdığımız her kategorideki genlerin listesini bulabilmek için, ENSEMBL veritabanından 58 canlının genomu üzerinde çalıştık. Promotor bölgelerindeki CpG'lerin toplam sayısı hesaplanıp karşılaştırılmıştır. Ek olarak, fibroblast ve beyaz kan hücrelerindeki promoter CpG'lerin metilasyon profili de karşılaştırılmıştır. Ortak genlerden yeni genlere doğru ilerlerken promoterların CpG içeriğinin değiştiği gözlenmiş ama metilasyona uğramış CpG'ler istikrarlı bulunmuştur. Bu çalışmada, değişik zaman ve korunmuşluk durumlarındaki ortak genlerin fonksiyonel analizi yapılmış ve değişik evrimsel korunma statüsündeki genlerin promoter CpG içeriğini ve metilasyon profillerini karşılaştırılmıştır. Bu çalışmada ayrıca her bir metilli CpG'nin az ve çok metilli gen prometerlarındaki korunma durumunu da incelenmiştir. Analiz sonuçları yüksek oranda metilli CpG'lerin etrafındaki diğer metilli CpG sayısının, CpG'lerin türler arasındaki korunması üzerinde olumlu etkisi olduğunu gösterdi.

Methylation of CpG islands located at the promoter regions is a mechanism which controls gene silencing and expression. Hyper or hypo methylation of these sites on promoter sequences have been associated with many diseases, like cancer. Even though promoter CpG islands and their methylation profiles are important regulators of gene expression, the exact mechanism of gene silencing through methylation is not known. Here, we have investigated the status of promoter CpG methylation under various evolutionary pressures by calculating the differences in promoter CpG content and methylation profiles at different pass points. In order to determine the list of genes under each category we have analyzed and compared the orthologs among 58 genomes available through ENSEMBL. The total number of CpG dinucleotides at the promoter regions of all groups of genes have been calculated and compared. Additionally, we have compared the experimentally determined methylation profiles of these CpG's between human blood cells and fibroblast cells. While the promoter CpG content changed through common to newer genes, the number of the CpG units methylated found to be consistent. Here, we present the functional level analysis of common gene lists at different pass points and report the differences of the promoter CpG content and the methylation profiles among these groups with distinct evolutionary conservation status. We have also observed the conservation status of individual methylated CpG units on the low and high methylated genes. Our analysis revealed that the surrounding methylation content had a positive effect on the conservation of individual CpG?s.