Химия - ДНК-метилтрансфераза - ДНК-метилтрансферазы млекопитающих

01 марта 2011


Оглавление:
1. ДНК-метилтрансфераза
2. ДНК-метилтрансферазы млекопитающих
3. ДНК-метилтрансферазы растений
4. ДНК-метилтрансферазы грибов

У млекопитающих обнаружены четыре активных ДНК-метилтрансферазы: DNMT1, DNMT2, DNMT3a и DNMT3b. Также обнаружен белок, структурно схожий с семейством DNMT3, но не проявляющий метилтрансферазной активности — DNMT3L.

Семейство DNMT1

ДНК-метилтрансфераза семейства DNMT1 мыши представляет собой белок с молекулярной массой 190 кДа, содержащий 1620 аминокислотных остатков. Основная активность этого фермента заключается в метилировании полуметилированных сайтов CpG. Молекула ДНК-метилтрансферазы DNMT1 значительно больше прокариотического фермента за счёт наличия N-концевого регуляторного участка, составляющего ²/₃ от всей длины полипептидной цепи. Именно этот участок отвечает за «предпочтение» ферментом полуметилированных сайтов перед неметилированными. Регуляторный N-концевой участок соединён с каталитическим C-концевым при помощи Gly-Lys-повторов. Считается, что ген dnmt1 образовался путём слияния гена прокариотической ДНК-метилазы с одним или двумя генами ДНК-связывающих белков.

Белки, ассоциированные с ДНК-метилтрансферазами

ДНК-метил- трансфераза	Ассоциированный белок	Функция ассоциированного белка
DNMT1	DNMT3a	метилирование ДНК de novo
	DNMT3b	та же
	HDAC1	деацетилаза гистонов
	HDAC2	та же
	SUV39H1	метилтрансфераза гистона H3
	Rb	опухолевый супрессор
	PML-RAR	онкогенный транскрипционный фактор
	DMAP1	транскрипционный корепрессор
	hSNF2H	белок, задействованный в перестройках хроматина
	PCNA	фактор репликации ДНК
	MBD2	связывание с метилированными CpG сайтами
	MBD3	та же
	MeCP2	та же
	HP1β	белок гетерохроматина
	РНК-полимераза II	РНК-полимераза II
DNMT3a	DNMT1	поддерживающее метилирование ДНК
	DNMT3L	репрессор транскрипции
	HDAC1	деацетилаза гистонов
	SUV39H1	метилтрансфераза гистона H3
	PML-RAR	онкогенный транскрипционный фактор
	RP58	транскрипционный корепрессор
	HP1β	белок гетерохроматина
	SUMO-1	убиквитинподобный белок
DNMT3b	DNMT1	поддерживающее метилирование ДНК
	DNMT3L	репрессор транскрипции
	HDAC1	деацетилаза гистонов
	SUMO-1	убиквитинподобный белок
DNMT3L	DNMT3a	метилирование ДНК de novo
	DNMT3b	та же
	HDAC1	деацетилаза гистонов
CMT3	гомолог HP1	белок гетерохроматина

N-концевой домен содержит различные специфические последовательности, такие как сигнал ядерной локализации, цистеин-богатый Zn-связывающий мотив и специальная последовательность, направляющая метилазу в область репликации ДНК. Фермент локализуется в областях репликации ДНК в течение S-фазы клеточного цикла, а после её завершения диффундирует в нуклеоплазму. Также N-концевой домен фермента DNMT1 содержит последовательность, гомологичную репрессору транскрипции HRX, с помощью которой ДНК-метилаза in vivo способна ассоциироваться с деацетилазой гистонов.

Человеческий фермент DNMT1 принципиально не отличается от мышиного.

Фермент DNMT1 имеет несколько изоформ: соматический DNMT1, промежуточный вариант и изоформа, характерная для ооцитов. DNMT1o синтезируется и накапливается в цитоплазме ооцитов, а затем, во время раннего эмбрионального развития, транспортируется в клеточное ядро.

Фермент может проявлять аномальную метилирующую активность, в частности, метилируя CpG-пары в области петли одноцепочечной ДНК, уже содержащей метилированные сайты CpG.

Инактивация мышиного фермента DNMT1 приводит к значительному уменьшению метилирования генома и к гибели развивающихся эмбрионов на 10-11 день развития. Оставшийся уровень в 30 % и способность стволовых клеток к метилированию ретровирусной ДНК de novo обеспечиваются другими ДНК-метилтрансферазами.

Семейство DNMT2

ДНК-метилтрансфераза DNMT2 состоит из 415-ти аминокислотных остатков и не содержит N-концевого регуляторного домена. Инактивация гена dnmt2 у стволовых клеток мышей не влияло на их способности к поддержанию картины метилирования генома и к метилированию de novo. Аминокислотная последовательность фермента сходна с последовательностями коротких ДНК-метилаз растений, грибов, прокариот. В 2006 году Goll и соавт. показали, что фермент производит метилирование тРНК по цитозину-38 как in vivo, так и in vitro, и не метилирует ДНК. Чтобы отразить функцию фермента в названии, было решено переименовать его в TRDMT1.

Семейство DNMT3

ДНК-метилтрансферазы DNMT3a и DNMT3b производят метилирование полуметилированных и неметелированных сайтов CpG с одинаковой скоростью. Человеческие DNMT3a и DNMT3b содержат 908 и 859 аминокислотных остатков, соответственно; ген dnmt3b может кодировать и меньшие полипептиды вследствие альтернативного сплайсинга. Гены dnmt3a и dnmt3b активно экспрессируются в недифференцированных эмбриональных стволовых клетках, тогда как в дифференцированных клетках уровень их экспрессии очень низкий. Инактивация этих генов у мышей приводила к гибели особей, в среднем, к четырёхнедельному возрасту.

DNMT3a активнее метилирует сайты CpG, чем CpA, CpT, и CpC. DNMT3a метилирует сайты CpG намного медленнее, чем DNMT1, но быстрее, чем DNMT3b. Несмотря на то, что функции ферментов DNMT3a и DNMT3b во многом перекрываются, имеются также и различия. Так, DNMT3b отвечает за метилирование сателлитных повторов в области центромерного линкера, а мутация гена dnmt3b у человека приводит к ICF-синдрому. ICF-синдром — это редкое аутосомальное рецессивное генетическое заболевание, которое характеризуется дефектами иммунной системы и нарушением нормального строения лица. Синдром связан с нестабильностью центромерного гетерохроматина. При этом основные компоненты гетерохроматина, сателлитные участки DNA II и DNA III, оказываются недостаточно метилированы.

DNMT3L содержит DNA-метилтрансферазный мотив и является необходимым для эффекта материнского геномного импринтинга, оставаясь при этом каталитически неактивным. DNMT3L экспрессируется при гаметогенезе, когда и происходит геномный импринтинг. Отсутствие DNMT3L ведет к биаллельной экспрессии генов, для которых в норме не характерна экспрессия материнского аллеля. DNMT3L взаимодействует с DNMT3a и DNMT3b в клеточном ядре. Хотя DNMT3L неспособен проводить метилирование, белок может принимать участие в репрессии транскрипции.

Просмотров: 3402

<<< Дигидрофолат редуктаза