ДНК-метилтрансфераза - DNA methyltransferase
| N-6 ДНК-метилаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Кристаллическая структура фермента рестрикции типа i, белка ecoki m (ec 2.1.1.72) (m.ecoki)
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | N6_Mtase | ||||||||
| Pfam | PF02384 | ||||||||
| Клан пфам | CL0063 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR003356 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00087 | ||||||||
| |||||||||
| HsdM N-концевой домен | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | HsdM_N | ||||||||
| Pfam | PF12161 | ||||||||
| |||||||||
| C-5 цитозин-специфическая ДНК-метилаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 структура человеческого dnmt2, загадочного гомолога метилтрансферазы ДНК
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | ДНК_метилаза | ||||||||
| Pfam | PF00145 | ||||||||
| Клан пфам | CL0063 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR001525 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00089 | ||||||||
| SCOP2 | 1hmy / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| CDD | cd00315 | ||||||||
| |||||||||
| ДНК-метилаза | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 кристаллическая структура метилтрансферазы mboiia (moraxella bovis)
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | N6_N4_Mtase | ||||||||
| Pfam | PF01555 | ||||||||
| Клан пфам | CL0063 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR002941 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC00088 | ||||||||
| SCOP2 | 1boo / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| |||||||||
В биохимии , то ДНК - метилтрансферазы ( ДНК МТАазы , DNMT семейство) ферментов катализируют перенос в метильной группы к ДНК . Метилирование ДНК выполняет широкий спектр биологических функций. Все известные ДНК-метилтрансферазы используют в качестве донора метила S-аденозилметионин (SAM).
Классификация
Субстрат
МТазы можно разделить на три группы в зависимости от катализируемых ими химических реакций:
- m6A - те, которые генерируют N6-метиладенин EC 2.1.1.72
- m4C - те, которые генерируют N4-метилцитозин EC 2.1.1.113
- m5C - те, которые генерируют C5-метилцитозин EC 2.1.1.37
Метилтрансферазы m6A и m4C обнаруживаются в основном у прокариот (хотя недавние данные свидетельствуют о том, что m6A в изобилии встречается у эукариот). Метилтрансферазы m5C обнаруживаются у некоторых низших эукариот, у большинства высших растений и у животных, начиная с иглокожих.
Метилтрансферазы m6A (N-6 аденин-специфическая ДНК-метилаза) (A-Mtase) представляют собой ферменты, которые специфически метилируют аминогруппу в положении C-6 аденинов в ДНК. Они обнаружены в трех существующих типах бактериальных рестрикционно-модификационных систем (в системе типа I А-Мтаза является продуктом гена hsdM, а в типе III - продуктом гена mod). Эти ферменты несут ответственность за метилирование определенных последовательностей ДНК , чтобы предотвратить переваривание хозяином собственного генома с помощью рестрикционных ферментов . Эти метилазы обладают такой же специфичностью последовательности, как и их соответствующие ферменты рестрикции. Эти ферменты содержат консервативный мотив Asp / Asn - Pro -Pro- Tyr / Phe в их N-концевом участке, эта консервативная область может участвовать в связывании субстрата или в каталитической активности. Структура из N6-МТАза TaqI (M.TaqI) была решена до 2,4 А . Молекулы складки на 2 доменов, N-концевой каталитический домен, который содержит каталитические и кофактор сайтов связывания, и содержит центральный 9-многожильные бета-лист, окруженные 5 спиралей; и C-концевой домен узнавания ДНК, который образован 4 маленькими бета-листами и 8 альфа-спиралями . N- и C-концевые домены образуют щель, в которой находится ДНК- субстрат . Была предложена классификация N-MTases, основанная на расположении консервативных мотивов (CM). Согласно этой классификации N6-МТазы, которые имеют мотив DPPY (CM II), расположенный после мотива FxGxG (CM I), обозначаются как N6-аденин-МТазы класса D12. Система ограничения типа I. и модификация состоит из трех полипептидов R, M и S. M (HSDM) и S субъединица вместе образует метилтрансферазу , что метилирует два аденин остатков в комплементарных нитях ДНК двудольной последовательности распознавания . В присутствии субъединицы R комплекс также может действовать как эндонуклеаза , связываясь с той же целевой последовательностью, но разрезая ДНК на некотором расстоянии от этого сайта. Будет ли ДНК разрезана или модифицирована, зависит от состояния метилирования целевой последовательности . Когда целевой сайт не изменяется, ДНК разрезается. Когда целевой сайт гемиметилирован, комплекс действует как поддерживающая метилтрансфераза, модифицируя ДНК так, что обе цепи метилируются . hsdM содержит альфа-спиральный домен на N-конце , N-концевой домен HsdM .
Среди метилтрансфераз m6A (N-6 аденин-специфическая ДНК-метилаза) есть группа орфанных МТаз, которые не участвуют в бактериальной системе рестрикции / метилирования. Эти ферменты играют регулирующую роль в экспрессии генов и регуляции клеточного цикла. EcoDam из E. coli и CcrM из Caulobacter crescentus являются хорошо охарактеризованными членами этого семейства. Совсем недавно было показано , что CamA из Clostridioides difficile играет ключевую функциональную роль в споруляции , формировании биопленок и адаптации хозяина.
Метилтрансферазы m4C (N-4-цитозин-специфичные метилазы ДНК) представляют собой ферменты, которые специфически метилируют аминогруппу в положении C-4 цитозинов в ДНК. Такие ферменты обнаруживаются как компоненты систем рестрикции-модификации типа II у прокариот . Такие ферменты распознают определенную последовательность в ДНК и метилируют цитозин в этой последовательности . Этим действием они защищают ДНК от расщепления рестрикционными ферментами типа II, которые распознают ту же последовательность.
m5C метилтрансферазы (С5 цитозин-специфическая ДНК метилаза) (С5 МТАз) представляют собой ферменты , которые специфически метилат С5 углерода из цитозина в ДНК для получения С5-метилцитозина . В клетках млекопитающих цитозин-специфические метилтрансферазы метилируют определенные последовательности CpG , которые, как полагают, модулируют экспрессию генов и дифференцировку клеток . У бактерий эти ферменты являются компонентом систем рестрикции-модификации и служат ценными инструментами для манипулирования ДНК. Структура из HhaI метилтрансферазы (M.HhaI) была решена до 2,5 А : молекул складки на 2 доменов - больший каталитический домен , содержащий каталитические и кофактор сайты связывания, и меньшую ДНК домен распознавания.
Сообщалось о высококонсервативных ДНК-метилтрансферазах типов m4C, m5C и m6A, которые являются многообещающими мишенями для разработки новых эпигенетических ингибиторов для борьбы с бактериальной вирулентностью, устойчивостью к антибиотикам и другими биомедицинскими приложениями.
De novo vs. обслуживание
De novo метилтрансферазы распознают в ДНК что-то, что позволяет им метилировать цитозины. Они выражаются главным образом в раннем развитии эмбриона и устанавливают паттерн метилирования.
Поддерживающие метилтрансферазы добавляют метилирование ДНК, когда одна цепь уже метилирована. Они работают на протяжении всей жизни организма, поддерживая паттерн метилирования, установленный de novo метилтрансферазами.
Млекопитающее
У млекопитающих идентифицированы три активные ДНК-метилтрансферазы. Они называются DNMT1 , DNMT3a и DNMT3b . Недавно был обнаружен четвертый фермент DNMT3c, специфически экспрессирующийся в зародышевой линии самцов мышей.
DNMT3L - это белок, тесно связанный с DNMT3a и DNMT3b по структуре и критический для метилирования ДНК, но, по-видимому, сам по себе неактивен.
DNMT1
DNMT1 является самой распространенной ДНК-метилтрансферазой в клетках млекопитающих и считается ключевой поддерживающей метилтрансферазой у млекопитающих . Он преимущественно метилирует гемиметилированные динуклеотиды CpG в геноме млекопитающих. Несмотря на возможность использования гемиметилированного, а также неметилированного цитозина в качестве субстрата, DNMT1 не участвует в метиалиции de novo генома во время эмбрионального развития мыши. Мотив распознавания человеческого фермента включает только три основания в динуклеотидной паре CpG: C на одной цепи и CpG на другой. Это ослабленное требование субстратной специфичности позволяет ему метилировать необычные структуры, такие как промежуточные звенья проскальзывания ДНК, со скоростью de novo, которая равна скорости его поддержания. Как и другие ДНК-цитозин-5-метилтрансферазы, человеческий фермент распознает перевернутые цитозины в двухцепочечной ДНК и действует по механизму нуклеофильной атаки. В раковых клетках человека DNMT1 отвечает как за de novo, так и за поддерживающее метилирование генов-супрессоров опухолей. Длина фермента составляет около 1620 аминокислот . Первые 1100 аминокислот составляют регуляторный домен фермента, а остальные остатки составляют каталитический домен. К ним присоединяются повторы Gly - Lys . Оба домена необходимы для каталитической функции DNMT1.
DNMT1 имеет несколько изоформ , соматический DNMT1, вариант сплайсинга (DNMT1b) и специфичную для ооцитов изоформу (DNMT1o). DNMT1o синтезируется и хранится в цитоплазме ооцита и перемещается в ядро клетки во время раннего эмбрионального развития, тогда как соматический DNMT1 всегда находится в ядре соматической ткани.
Нулевые мутантные эмбриональные стволовые клетки DNMT1 были жизнеспособными и содержали небольшой процент метилированной ДНК и активности метилтрансферазы. Эмбрионы мышей, гомозиготные по делеции в Dnmt1, погибают на 10-11 дне беременности.
TRDMT1
Хотя этот фермент имеет сильное сходство последовательностей с 5-метилцитозинметилтрансферазами как прокариот, так и эукариот, в 2006 году было показано, что фермент метилирует положение 38 в РНК- переносчике аспарагиновой кислоты и не метилирует ДНК. Название этой метилтрансферазы было изменено с DNMT2 на TRDMT1 (тРНК метилтрансфераза 1 аспарагиновой кислоты), чтобы лучше отразить ее биологическую функцию. TRDMT1 - первая цитозинметилтрансфераза РНК, идентифицированная в клетках человека.
DNMT3
DNMT3 - это семейство ДНК- метилтрансфераз, которые могут метилировать гемиметилированный и неметилированный CpG с одинаковой скоростью. Архитектура ферментов DNMT3 сходна с архитектурой DNMT1, с регуляторной областью, прикрепленной к каталитическому домену. Известно четыре члена семейства DNMT3: DNMT3a, 3b, 3c и 3L.
DNMT3a и DNMT3b могут опосредовать независимую от метилирования репрессию генов. DNMT3a может совместно локализоваться с белком гетерохроматина (HP1) и метил-CpG-связывающим белком (MeCBP). Они также могут взаимодействовать с DNMT1, что может быть совместным событием во время метилирования ДНК. DNMT3a предпочитает метилирование CpG метилированию CpA, CpT и CpC, хотя, по-видимому, существует некоторое предпочтение последовательности метилирования для DNMT3a и DNMT3b. DNMT3a метилирует сайты CpG со скоростью, намного меньшей, чем DNMT1, но большей, чем DNMT3b.
DNMT3L содержит мотивы ДНК-метилтрансферазы и необходим для установления материнских геномных отпечатков , несмотря на то, что он каталитически неактивен. DNMT3L экспрессируется во время гаметогенеза, когда имеет место геномный импринтинг . Потери dnmt3l приводит к би- аллельного экспрессию генов , как правило , не выраженные материнской аллели. DNMT3L взаимодействует с DNMT3a и DNMT3b и совместно локализуется в ядре. Хотя DNMT3L кажется неспособным к метилированию , он может участвовать в репрессии транскрипции .
Клиническое значение
Ингибиторы ДНМТ
Из-за эпигенетических эффектов семейства DNMT некоторые ингибиторы DNMT исследуются для лечения некоторых видов рака:
- Видаза ( азацитидин ) в исследованиях III фазы при миелодиспластических синдромах и ОМЛ
- Дакоген ( децитабин ) в исследованиях III фазы по лечению ОМЛ и ХМЛ . В 2012 году ЕС одобрил меры по борьбе с отмыванием денег.
- гвадецитабин, экспериментальный препарат, разрабатываемый Astex Pharmaceuticals и Otsuka Pharmaceuticals. Он не смог достичь основных конечных точек в исследовании III фазы AML 2018 года.
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Смит СС (1994). Биологические последствия механизма действия метилтрансферазы ДНК человека (цитозин-5) . Прогресс в исследованиях нуклеиновых кислот и молекулярной биологии. 49 . С. 65–111. DOI : 10.1016 / s0079-6603 (08) 60048-3 . ISBN 9780125400497. PMID 7863011 .
- Прадхан С., Эстев П.О. (октябрь 2003 г.). «Метилтрансферазы ДНК (цитозин-5) млекопитающих и их экспрессия». Клиническая иммунология . 109 (1): 6–16. DOI : 10.1016 / S1521-6616 (03) 00204-3 . PMID 14585271 .
- Голл MG, Bestor TH (2005). «Эукариотические цитозинметилтрансферазы». Ежегодный обзор биохимии . 74 : 481–514. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.74.010904.153721 . PMID 15952895 . S2CID 32123961 .
внешние ссылки
- Информация о ДНК-метилтрансферазах и метилировании ДНК на epigeneticstation.com
- Данные для антител к ДНК-метилтрансферазе (DNMT)
- ДНК + модификация + метилтрансферазы в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
