5-Methylcytosin (mC) ist eine wichtige, gut untersuchte Nukleobase, die in vielen biologischen Prozessen, wie z. B. der Genexpression, der Genomprogrammierung, der Inaktivierung des X-Chromosoms und der Unterdrückung beweglicher Genelemente eine entscheidende Rolle spielt. [1][2][3] Kürzlich wurde herausgefunden, dass mC in Neuronen und embryonalen Stammzellen durch TET-Enzyme weiter modifiziert werden kann. Die TET-Enzyme nutzen 2-Ketoglutarat, um mC zunächst zum 5-Hydroxymethylcytosin (hmC) [4,5] und weiter zum 5-Formylcytosin (fC) [6] und 5-Carboxycytosin (caC) [7,8] zu oxidieren (Schema 1). [9,10] Es wird derzeit angenommen, dass diese oxidative Chemie an einem Prozess beteiligt ist, den man aktive Demethylierung nennt. Dieser Prozess erlaubt es Zellen, das Methylcytidin durch ein unmodifiziertes 2'-Desoxycytidin (dC) zu ersetzen.Hierdurch werden die biologischen Effekte, die durch Cytosinmethylierung eingeleitet werden, revertiert. [11] Zwei mçgliche aktive Demethylierungsmechanismen werden derzeit intensiv diskutiert (Schema 1). Mechanismus 1 (Schema 1) basiert auf speziellen Glykosylasen, [12][13][14][15] wie z. B. der Thymin-DNA-Glycosylase (TDG), bei der kürzlich gezeigt wurde, dass diese die glykosidische Bindung von fC und caC, aber auch von 5-Hydroxymethyluridin (hmU) [15,16] spalten kann. 5-Hydroxymethyluridin wird durch Deaminierung von hmC gebildet. [15] Diese Glykosylaseaktivität produziert zunächst abasische Stellen, welche dann durch das Basenexzisionsreparatursystem (BER) repariert werden, indem eine dC-Base eingebaut wird (Schema 1 unterer Teil). Der ganze Prozess führt insgesamt zu einem Austausch von mC durch dC. Der zweite Mechanismus, so glaubt man, umfasst eine Retro-Aldolartige Reaktion, die mit hmC [17, 18] oder fC beginnt. Alternativ wird eine Decarboxylierung von caC (Schema 1) als Mçglichkeit formuliert. Diese Reaktionen erlauben es, mC durch dC auszutauschen, ohne dass intermediär abasische Stellen und Strangbrüche auftreten, bei denen es sich um gefährliche DNA-Schäden handelt. Darüber hinaus entsteht so kein potentiell gefährlicher Formaldehyd. Auch wenn die Decarboxylierung von caC bis heute nicht beobachtet werden konnte, sind ähnliche Transformationen von der Orotat-und Isoorotatdecarboxylase bekannt. [19] Um tiefere Einblicke in die mçgliche Decarboxylierung von caC in Stammzellen zu erhalten, haben wir eine sensitive Schema 1. Aktive Demethylierungspfade, die z. B. Eliminierungsreaktionen beinhalten (Mechanismus 2). Formaldehyd kann von hmC und Ameisensäure von fC abgespalten werden, und es kann eine Decarboxylierung von caC erfolgen. Mechanismus 1 umfasst die Basenexzisionsreparatur (BER), durch die fC und caC durch dC ersetzt werden oder, nach vorhergehender Deaminierung von hmC zu hmU, hmC durch dC ersetzt wird.