Цитозин

Цитози́н (4-амино-2-пиримидон, 4-амино-2-оксопиримидин), пиримидиновое основание, одно из пяти канонических азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот и формирующих генетический код; образует с рибозой в РНК нуклеозид цитидин, а с дезоксирибозой в ДНК – дезоксицитидин. Широко распространён во всех живых клетках.

Молярная масса цитозина (C₄ H₅ N₃ O) 111,10 г/моль. Представляет собой гетероциклическое ароматическое кольцо с аминогруппой при С4 и кетогруппой при С2.

Впервые цитозин был выделен в 1894 г. А. Косселем из тканей тимуса теленка в ходе реакции гидролиза; в 1903 г. удалось определить его структуру и синтезировать цитозин в лаборатории.

Является составной частью цитидинфосфорных кислот, цитозиновых нуклеотидов, а также некоторых природных нуклеозидных антибиотиков. Цитидинтрифосфат служит кофактором для ряда ферментов.

В составе двойной спирали ДНК образует комплементарную пару с гуанином (С–G), соединяясь с ним тремя водородными связями. Образование неканонической пары с иминной формой аденина, а также спонтанное дезаминирование цитозина с образованием урацила может привести к точечной мутации, при которой цитозин замещается на тимин. В клетке млекопитающих каждый день самопроизвольно дезаминируется от 100 до 500 остатков цитозина с образованием урацила. Для защиты клетки от потенциальных мутаций существуют механизмы репарации ДНК, в частности, системы эксцизионной репарации, включающие в себя ферменты ДНК-гликозилазы, которые выявляют и удаляют повреждения, вызванные дезаминированием азотистых оснований (в случае дезаминированного цитозина это урацил-гликозилаза).

При УФ-облучении цитозин образует димеры, блокирующие репликацию ДНК, что приводит к возникновению бреши во вновь синтезируемой цепи.

Остатки цитозина после образования новой цепи подвергаются модификации с образованием 5-метилцитозина. В тРНК в качестве минорных оснований встречаются 3- или 5-метилцитозин, 4-N-ацетилцитозин и др.

Участки ДНК, где цитозин и гуанин расположены последовательно с фосфатом между ними, называются CpG-динуклеотидами и играют ключевую роль в процессах метилирования ДНК у эукариот. При этом метильная группа при помощи фермента из группы ДНК-метилтрансфераз присоединяется к цитозину из CpG-динуклеотида в положении С5 и, в зависимости от того, на каком участке ДНК происходит метилирование, подавляет или усиливает активность того или иного гена. Часто цитозины, подвергающиеся модификации, сгруппированы в CpG-островки.

Метилирование цитозина в РНК с образованием 5-метилцитозина является одним из распространённых механизмов посттранскрипционной модификации РНК и осуществляется при помощи РНК-метилтрансфераз.

Нарушение процессов метилирования приводит к хромосомным аномалиям, связанным со старением и развитием различных патологий, включая онкологические и нейродегенеративные заболевания.